超流動液体ヘリウム中における微粒子プラズマの生成と分光測定

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14580514
• Research Institution: NIIGATA UNIVERSITY
• Principal Investigator: 南 一男 新潟大学, 工学部, 教授 (00023135)
• Keywords: 液体ヘリウム / 微粒子プラズマ / パルス放電 / シュタルク広がり / 不純物注入 / 分光測定 / マグネシウム / 針電極

Research Abstract

液体ヘリウム中での高電圧パルス放電による微粒子プラズマ生成とその分光測定を行った。まず微粒子の材料として、粒径0.07μmの銀微粒子粉末の混合を試みた。液体ヘリウムの蒸発が著しく、粉末は管壁に付着する傾向があって、デュワ瓶内部が見えなくなり不成功に終わった。つぎに、色々な金属材料を電極に用いて融解(Ablation)する方法を取った。液体ヘリウム中に不純物として注入できたのは、マグネシウム(Mg)だけであった。微粒子プラズマの材料として、Mgが最も結果が良かった。適当な融点温度、熱及び電気抵抗、硬度と塑性を持っている。繊維強化プラスチックの枠上に、タングステン針電極と直径1ミリの金属マグネシウム棒の対向電極を先端を間隔1ミリ以下に近接させ液体ヘリウム中に固定した。電極間に20kV,180A,時間幅1マイクロ秒の高電圧を印加してパルス放電を行わせた。発生したプラズマからの発光を、現有の時間分解型分光測光装置(浜松ホトニクス社、PMA-50)で観測した。まず、準備実験として、1気圧の室温ヘリウム気体中での発光を観測した。MgI 518.2nmの発光を観測したところ、Mg電極が負電圧の場合に、正電圧の場合よりも発光が約15倍強く、持続時間も20マイクロ秒と長かった。そこでこの極性で液体ヘリウムを満たして、同様の実験を行った。放電時間中は強い連続スペクトルが見られ,高温高密度のプラズマが出来ている。放電後は、ヘリウム中性線HeI 587.6nmが約20マイクロ秒続いた。一方、MgI 552.8nm,MgI 518.2nmのスペクトル線は35マイクロ秒まで続いた。液体ヘリウム中で、マグネシウムの微粒子プラズマが15マイクロ秒程度のあいだ生成されている。空間的に広がった微粒子プラズマのパラメータの密度分布の測定を行った。微粒子のサイズの測定については今後の課題である。

Research Products

• [Publications] K.Miami他4名: "Very Slowly Decaying Afterglow Plasma in Cryogenic Helium Gas"IEEE Trans. on Plasma Science. 31. 429-437 (2003)
• [Publications] C.Kojima, K.Minami他2名: "Optical Observation of Localized Plasma after Pulsed Discharges in Liquid Helium"IEEE Trans. on Plasma Science. 31(印刷中). (2003)