磁場閉じ込めプラズマ周辺電場計測用高効率励起ヘリウム超音速原子ビーム源の開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14580518
• Research Institution: HIROSHIMA UNIVERSITY
• Principal Investigator: 多幾山 憲 広島大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40112180)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 尾田 年充 広島国際学院大学, 工学部, 教授 (60034550) ; 難波 慎一 広島大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00343294)
• Keywords: プラズマ診断 / 電場計測 / ヘリウム準安定原子 / ヘリウム原子ビーム / レーザー誘起蛍光 / ペニング放電

Research Abstract

磁気閉じ込めプラズマ周辺電場計測に用いるため超音速ヘリウム原子ビーム源の開発を行った。得られた成果は以下の通りである。
1.スキマーとノズルの間隔を両者の軸がずれることなく1〜40mmの範囲で変えることができるようにヘリウム原子ビーム源を改良した。本ビーム源より生成されたヘリウム原子パルスビーム特性を較正されたミニチュア型高速イオンゲージ(FIG)で測定し評価した。
(1)ビーム強度の背圧依存性およびノズル・スキマー間距離Sへの依存性を詳細に調べた。その結果、本装置の場合、S<10mmでは漏れ出し分子線となるが、S>10mmで時間空間特性に優れた超音速分子線が生成されることが見出された。
(2)S>10mmにおいてガスパルスの波形、空間分布および飛行時間測定により、超音速パルスビーム生成が確認された。ピークのガス密度はスキマーから20cmの位置で最大2x10^<12>cm^<-3>であった。
2.HeビームをH1ヘリアック周辺部と類似のプラズマ特性をもつヘリコンプラズマ(プラズマ直径20cm、Arガス0.14mTorr)に打ち込み、ビームからの発光(HeI)を観測した。発光のパルス波形はFIGで観測したガスパルス波形と同様にビーム成分を含んでいること、さらに、観測した可視発光のうち3^1Pぉよび4^1Pから2^1Sへの発光線のみが非常に弱いことが見出された。このことからプラズマにより励起されたHeビームは光学的に薄いプラズマであることが示された。
3.Heビーム源にペニング放電装置(ビーム発光を観測できるようにビーム軸に沿った矩形窓を持つ)を取り付け、ヘリウムビームをパルス的に放電させることによって、ビーム中に比較的高い温度のプラズマを導入できること、および放電電圧によってプラズマ温度を制御できる可能性を、ビームからの発光スペクトルを観測することによって実験的に示した。

Research Products

• [Publications] K.Takiyama: "High-Sensitive LIF Measurements of Electric Field Perpendicular to Magnetic Field in Plasmas"Proc.11th Int.Sympo.Laser-Aided Plasma Diagnostics, Les Houch, France, Sept.29-Oct.2, 2003. CD-ROM. (2003)
• [Publications] K.Takiyama: "A Metastable Helium Beam by a Penning Discharge for Measurement of Electric Field in Plasmas"The 56th annual Gaseous Electronics Conference, San Francisco, CA, Oct.21-24, 2003, Bull.Amer.Phys.Soc.. 48・6. 46 (2003)