2015 Fiscal Year Annual Research Report
高エネルギー電磁ビームに誘起される放電とその工学的応用
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15H05770
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
小紫 公也 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (90242825)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂本 慶司 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部門 六ヶ所核融合研究所, 次長 (90343904)
今井 剛 筑波大学, 数理物質系, 教授 (80354637)
白石 裕之 大同大学, 工学部, 教授 (50273272)
大西 直文 東北大学, 工学研究科, 准教授 (20333859)
森 浩一 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (90375121)
葛山 浩 山口大学, 理工学研究科, 准教授 (80435809)
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| Project Period (FY) |
2015-05-29 – 2020-03-31
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| Keywords | エネルギー / マイクロ波 / ワイヤレス給電 / プラズマ / 放電 / デトネーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1）レーザー放電爆轟波の1次元伝播実験： TEA炭酸ガスレーザーを用い、非常に焦点距離の長い集光系を構築して、ほぼ１次元のレーザー爆轟波伝播を実現し、伝播速度を計測した。その結果、従来は集光の幾何的形状により爆轟波伝播速度はまちまちであったが、理想的な1次元集光系ではビーム径が4 mm以上の太さであれば伝播速度と局所レーザー強度の関係が一意に定まることを発見した。またこのビーム径の閾値に関して、プラズマからの真空紫外光とプリカーサ電子生成のモデルを用いて説明を試みており、数値計算にフィードバックを試みている。
2）レーザー放電モデルの構築と数値シミュレーション： 小紫、白石、葛山のそれぞれの電子輸送・電離モデルに基づく結果の比較を行った。それぞれに再現できる現象とできない現象があるが、レーザー爆轟波終了条件付近の低強度域は小紫のモデルのみ再現できることがわかった。実験値を定量的に再現することが次の課題である。
3）レーザー放電爆轟波の1次元伝播実験： 筑波大学の28GHzジャイロトロンを用いた。これまで行ってきた170 GHzの実験では、粒状のプラズマがビーム入射方向に伸展し、ミリ波の電界面と磁場面で有意な違いは見えなかったが、28 GHzジャイロトロンの場合はフィラメント状のプラズマが電界方向に伸び、波長の1/4程度のピッチを持つ構造が見られた。この違いが何に起因しているのか現在解析を行っている。
4）ミリ波放電モデルの構築と数値シミュレーション： 2次元詳細シミュレーションで、170GHz放電で見られた粒状プラズマ構造を再現し、その間隔がミリ波波長や電離周波数に依存することなく、波長の0.9倍であることを明らかにした。低強度域での電離モデルは引き続き模索中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
（理由）レーザー放電爆轟波の伝播実験において、自信を持って検証に使える伝播速度特性を得ることができたことは、今後のレーザー放電物理モデルを構築する上で大変心強い。また、ミリ波放電爆轟波に関しては、粒状プラズマの構造が電離速度や電子輸送のモデルによらず、入射波と反射波の干渉の幾何形状で決定されることが示唆された。今後は伝播速度の再現に注力すれば良いことが明らとなり、因果関係について見通しが立ってきた。
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| Strategy for Future Research Activity |
レーザー放電爆轟波に関しては、雰囲気ガスをアルゴン、キセノンなどガスを変えて実験を行い、さらに豊富な計測データを取得するとともに、まずは単原子分子の放電で、計算機シミュレーションでの定量的再現を試みる。
ミリ波放電爆轟波に関しては、まだレーザー放電爆轟波に比べて計測結果が不足している。空気中での放電に限りつつも、さらに詳細なフィラメントの伸展（粒状プラズマの形成）の様子を高速度カメラを用いて撮影し、解析する。
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