2018 Fiscal Year Research-status Report
自己反転インコヒーレント光源を用いた原子状ラジカルの並進エネルギー計測
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18K03601
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| Research Institution | Meijo University |
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Principal Investigator |
竹田 圭吾 名城大学, 理工学部, 准教授 (00377863)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 吸収分光法 / プラズマ / 原子状ラジカル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、水素原子の発光スペクトル（バルマーα線：波長121.567 nm）に着目し、この水素原子の真空紫外吸収分光計測時の上記の遷移線近傍のバックグランド補正を行うための自己反転インコヒーレント光源を構築することを初年度の目的とし、実験を行った。
使用する光源には、これまでプロセスプラズマ内の水素原子の真空紫外吸収分光計測で使用実績のあるマイクロホローカソード放電を用いた光源を使用し、光源内の放電条件の最適化により自己吸収現象がどの程度制御可能かを実験的に検証した。測定対象となるプラズマは水素ガスを用いた誘導結合型プラズマとし、そのプラズマ内に光源から放出される水素原子のバルマーα線辺りの真空紫外光を入射し、透過してきた光の強度を計測することで、測定対象プラズマ内での光吸収率を求めた。その結果、光源内の放電条件の変化とともに、測定対象プラズマ内の水素原子による光吸収率の減少が確認でき、光源内の自己吸収現象が制御できることを確認した。現状では測定対象プラズマ内部の水素原子による光吸収が確認できなくなるまで自己吸収の影響を増大できていないものの、光源内の更なる放電条件の最適化により十分にバックグランド補正のための自己反転インコヒーレント光源としての可能性を示す結果が得られた。
また、本研究では光源内での自己吸収現象の更なる増強とともに、その制御性の向上を目指したマイクロ波放電を用いたプラズマ光源の構築を同時並行で試みた。同光源を上記のマイクロホローカソード放電を用いた光源と同様の手法で評価した結果、測定対象プラズマ内の水素原子による吸収が完全に確認できない状態まで光源内の自己吸収の影響を増強でき、十分に測定対象原子の遷移線近傍のバックグランド補正のための自己反転インコヒーレント光源として使用できることを確認できた。
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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
本研究ではまず初年度において、光波長121.567 nmに遷移線（バルマーα線）を有する水素原子の真空紫外吸収分光計測時の遷移線近傍のバックグランド補正を行う自己反転インコヒーレント光源の構築を目的とした。研究開始当初はマイクロ波放電の様式を用いたプラズマ光源のみを使用した実験を計画していたが、これまで水素原子の真空紫外吸収分光計測に使用された実績のあるマイクロホローカソード放電をプラズマ光源とした実験にも取り組んだ。この光源が放電条件の最適化のみで自己反転インコヒーレント光源に転用できれば、光源を取り換えることなく、原子計測用の真空紫外吸収分光のためシステムで、原子とバックグラウンドの両方の光吸収率を計測でき、非常に実用的な吸収分光用光源とすることができる。結果的には二つの放電方式を利用した両プラズマ光源において、それぞれの光源内の自己吸収効果の更なる増強を目指した放電条件の最適化や、その制御性の向上を図る必要はあるものの、バックグラウンド吸収を評価する自己反転インコヒーレント光源として十分に使用できる可能性を示唆する結果が得られており、研究開始当初の計画はほぼ満足しているものと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、水素原子の発光スペクトル（ライマンα線：波長121.567 nm）に着目し、真空紫外吸収分光時の水素原子の遷移線近傍のバックグランド吸収の補正と、水素原子の並進温度計測に使用するための自己反転スペクトル光源を構築する。この課題を達成するには、光源の高密度化と広範囲における密度制御技術の実現が必要である。研究開始から2年目となる2019年度は、昨年度から引き続きマイクロホローカソード放電およびマイクロ波励起放電の両放電様式を用いたプラズマ光源のそれぞれにおいて放電条件および装置構造の最適化を行い、自己反転インコヒーレント光源として制御性の向上を目指す。次に、真空紫外レーザー吸収分光システムにより測定対象となる水素ガスを用いたプラズマ内の水素原子の密度・温度の計測を実施し、測定対象プラズマ内の水素原子の吸収スペクトルの形状を既知の状態にする。そして、最適化した上記のプラズマ光源の自己反転インコヒーレント光源としての特性を評価することを目的として、プラズマ光源から放出される水素原子の真空紫外スペクトル光を上記の水素原子の吸収スペクトルが既知の測定対象プラズマ内に入射し、その水素原子による光吸収率を計測することで、光源のスペクトル自己反転（自己吸収）の度合いを定量的に評価することを試みる。また、光源内のスペクトル自己反転の度合いを制御する技術を構築し、測定対象の水素原子の吸収スペクトルの形状が未知の状態であっても、光源内の条件変化にともなって変化する吸収率から、その形状を見積もる手法を確立するための知見を蓄積する。
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Research Products
(2 results)
