2018 Fiscal Year Annual Research Report
Discharge induced in a high-energy electromagnetic beam and its engineering applications
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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 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 六ヶ所核融合研究所 核融合炉材料研究開発部, 部長(定常) (90343904)
大西 直文 東北大学, 工学研究科, 教授 (20333859)
白石 裕之 大同大学, 工学部, 教授 (50273272)
假家 強 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (30451678)
葛山 浩 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (80435809)
森 浩一 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (90375121)
小田 靖久 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂核融合研究所 ITERプロジェクト部, 研究員(定常) (60512209)
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| Project Period (FY) |
2015-05-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 航空宇宙工学 / エネルギー全般 / プラズマ / 放電 / レーザー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
主に３つの研究テーマに並行して取り組み、以下の成果を得た。
1)ミリ波放電シミュレーションコードの開発と実験結果を用いた検証：実験で観測される放電進展速度を計算シミュレーションで再現するには、放電先端部における中性粒子の励起反応とそれに伴う累積電離が大きな役割を果たしているとの理解に達し、大西、小紫はそれぞれ異なった励起モデルを組み込む試みを行ってその効果を評価した。その結果、効果は見られたが、さらに励起モデルを見直さないと測定された進展速度に達することはできないことが解った。
2)レーザー放電シミュレーションコードの開発と実験結果を用いた検証：放電進展速度とプラズマ密度の１次元分布を比較した。その結果、葛山、白石の数値シミュレーションコードはそれぞれ、放電先端部の微細な構造を除けば、観測されたプラズマ密度の１次元分布を正しく再現していることが示された。放電進展速度やそのレーザー強度依存性は未だ再現できていないが、それらは放電先端部の電離機構に強く依存するというところまで原因を絞ることができた。さらにミリ波放電と同様に放電先端部の励起・累積電離モデルの導入が有効ではないかとの示唆が得られた。
3)レーザー放電爆轟波の伝播実験：レーザー径が細くなると放電進展速度が低下するという２次元的現象のメカニズムを、放電先端部の形状をとらえた高速度カメラ画像を解析することにより説明を試みた。その結果、先端部の弧形状はレーザー強度の径方向分布で明快に説明できることが示された。これは世界で初めての成果であり、速度低下の原因の説明につなげることができると期待される。
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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
ミリ波放電・レーザー放電の実験と計算シミュレーションの比較検証を行う段階にまでそれぞれの質を高めることができた。また、一見大きく異なったプラズマ構造を持つそれぞれの放電が、実は同じようなメカニズム（先端部での積算電離）で放電進展速度が律速されているのではないかとの示唆が得られた。これは本事業でミリ波放電とレーザー放電の両方を扱い、研究分担者同士が密に情報交換を行ってきた成果の一つである。
新規ジャイロトロンも昨年度にほぼ納品を終え、今年度から徐々に出力を上げて作動を行い定格出力（600 kW）を達成し、研究に供することができる予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
数値シミュレーションコードの開発において、放電先端部での励起・累積電離モデルの改善に取り組む。
また、数値シミュレーションにおいて、励起・累積電離をチューニングパラメータとして調整することにより、放電誘起爆轟波の再現することが可能となったので、工学的な応用として、例えばマイクロ波ロケットの繰り返し作動の数値シミュレーションを行って、その性能を評価する。
新規ジャイロトロンに関しては、600 kW出力での作動を達成し、放電実験を行う。放電先端部での励起・累積電離モデルの正しさ示す証拠を得るには必要不可欠な装置であり、今後の分野の発展に資する装置として整備を進める。
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Research Products
(31 results)
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[Presentation] Development Of A High-Power Gyrotron For Beamed Energy Propulsion Applications2018
Author(s)
Masafumi Fukunari, Yasuhisa Oda, Tsuyoshi Kariya, Ryutaro Minami, Yuusuke Yamaguchi, Yoshinori Tatematsu, Teruo Saito, Keishi Sakamoto, Tsuyoshi Imai, Kimiya Komurasaki
Organizer
43rd International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz)
Int'l Joint Research
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