2018 Fiscal Year Annual Research Report
非中性プラズマを応用した制御自己ポテンシャル場が創り出す２流体プラズマの動力学
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18H01194
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
比村 治彦 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 教授 (30311632)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
政宗 貞男 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 教授 (00157182)
三瓶 明希夫 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 准教授 (90379066)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 非中性プラズマ / ネスト型トラップ / ２流体プラズマ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
２流体実験は、リチウムイオンプラズマと電子プラズマを熱平衡状態へと緩和させた後に、それら２つのプラズマを重畳するのが理想的である。電子プラズマについては十分に熱平衡状態に緩和していると考えられるプラズマ形状が観察された一方で、リチウムプラズマについてはプラズマ閉じ込め用のネスト型トラップ両端のポテンシャル障壁電圧の時間変化動作により、リチウムイオンプラズマの一部がそのポテンシャルエネルギーの変化によって加熱される現象が顕著に出た。この現象自体の物理については投稿論文として発表した。
リチウムイオンプラズマと電子プラズマを重畳させた時に生じる自己電場の空間・時間変化をポテンシャル障壁形成用の中空型内部電極に誘起される誘導電荷（当該分野では、これを‘イメージ電荷’と呼んでいる。）の直接測定を試みた。考えられる雑音対策はすべて施し、イメージ電荷を電流-電圧変換する高精度アンプも使って検出を試みたが、信号対雑音比はすべて1以下となった。これにより、イメージ電荷の直接測定法を用いるためには、少なくとも今のプラズマ密度を10倍以上に上げる必要がある。プラズマ密度は実験装置の閉じ込め磁場強の2乗で増加するので、実験装置の閉じ込め磁場を現在の0.1Tから1Tへと10倍に上げればプラズマ密度は2桁増加し、このイメージ電荷直接測定法を適用できることを明らかにした。
２流体現象の一つに差動回転平衡を考えることができることに着想し、この差動回転平衡の実証実験への着手を開始した。
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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
２流体プラズマ状態を正の電荷のみからなるリチウムイオンプラズマと、負の電荷のみからなる電子プラズマの重畳で作り出すことを試みる実験自体は進んでいる。リチウムイオンプラズマが加熱される現象の物理機構の解明については、インパクトファクターの高い学術雑誌に論文が受理されて、招待講演を受けるなど、当該分野で高い評価を受けた。
現在の実験装置で提案した２つの異なる運動を行うイオンプラズマと電子プラズマの重畳実験は実施できている。そして、イメージ電荷やその電流を直接測定することは、回路的には可能であるが、問題はその回路のアンプの信号対雑音比が低すぎることにつきている。過去の文献を参考にして、回路を用いない２流体運動の測定方法を着想することができたので、その測定方法の検討に入っている。依然として２流体プラズマ状態を観測する方向性は見失われていない。
本実験を行っている実験装置についているプラズマ閉じ込め用バイアス磁場コイルの限界値で実験を行った。その限界値での信号対雑音比が1以下なので、このバイアス磁場を増加させなければ、イメージ電荷の直接検出ができないことを判明させたことは、今後、実験装置をどのようにアップグレードさせればよいのか、その装置改造の方向性を明確に把握できたことに繋がっている。これらにより、研究そのものは、概ね順調に進展していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
第一に、イメージ電荷を測定するのではない新しい画像計測法を取り入れることである。具体的には、細い針をプラズマ閉じ込め用電極群の端部に立てる。この細い針をプラズマが横切る際、その部分がこの細い針で削り取られる。この削り取られた部分の回転角度を画像計測で見切ることができれば、イメージ電荷の時間・空間変化に近いデータが取れる。
第二に、リチウムイオンプラズマを低温で熱緩和させるまで閉じ込められるかどうかである。このために、装置の軸対称性を設置精度の限界まで高める。また、リチウムイオンを射出するベータユークリプタイトの加速電圧を従来達成値まで下げる。研究費と準備時間の不足から、リチウムイオンプラズマをレーザー冷却する方法を本研究期間内に取り入れることはできないので、それら２つの方法を用いる。
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