2020 Fiscal Year Research-status Report
プラズマモデリングの高精度化を目指した電子衝突断面積の精密定量測定
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19K03812
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| Research Institution | Sophia University |
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Principal Investigator |
星野 正光 上智大学, 理工学部, 教授 (40392112)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 低エネルギー電子分光 / プラズマ素過程 / 衝突断面積 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年，半導体プロセスや核融合プラズマのモデリングにおいて理論的に計算された電子衝突断面積が利用されることが多くなってきたが，その理論値が実験的に測定された衝突断面積と大きく離れた値を示す場合も少なくないことがわかってきた。そこで，より現実に近いプラズマモデリングを実行するために必要不可欠な衝突断面積を実験的に定量測定し，理論値を検証することを目的とし，本研究では，低温プラズマを支配する数eVから数十eV程度に加速された電子と気相原子・分子との1回衝突における微分断面積(DCS)の角度分布を幅広い角度範囲で定量測定するための装置開発を行ってきた。これは一般に散乱角0度から180度の範囲でDCSを積分して得られた積分断面積が主にモデリングの基礎データとして利用されるためである。しかしながら，従来使用されてきた電子分光装置では，幾何学的制約から測定角度範囲が約20度から130度に限定され，それ以外の角度範囲は理論計算やフィッティングによる実験データの外挿を用いてきたため，得られた測定データには大きな不確かさが含まれていることが問題点であった。そこで実験的により広い角度範囲に散乱された電子を検出するための装置開発とその改良を行ってきた。
2020年度は新型コロナウィルス感染拡大の影響を受け，実験室への入構が例年に比べて制限され十分な研究時間の確保が困難な状況にあったことから，昨年度に引き続き，前方散乱に着目して大強度で平行化された電子ビーム生成のためのビーム軌道シミュレーションから，その最適条件の探索を行った。また，昨年度に考案した極性分子特有の前方散乱に対する0度方向への外挿方法を様々な分子標的へと適用を拡張し，すでに測定された実験データや過去の理論計算と比較することでより信頼性の高い衝突断面積データ評価を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
2020年度は設計開発された電子銃を真空中に導入し，電子ビーム軌道シミュレーションの最適条件に基づいた動作確認までを行う計画であった。しかしながら，新型コロナウィルス感染拡大による影響を受け，実験室への立ち入りが約半年以上に渡り制限され，従来のように十分な研究時間の確保が難しくなったことから，進捗状況は当初の計画より大幅に遅れる結果となった。そのため本研究課題で開発途中であった従来に比べより細く平行化した電子ビーム生成を目指した電子銃の完成が遅れたことを受け，主に昨年度に引き続き静電レンズの電子ビーム軌道シミュレーションを中心に行い，様々な実験条件における最適な電子ビーム生成の検討を行った。また，昨年度に開発と同時並行に行ってきた厳密な理論計算を用いた散乱角度0度方向への微分断面積の外挿方法についても，様々な極性分子へと拡張することで既存の測定データの見直しと高精度な衝突断面積の導出を行い，実験装置の準備が整い次第検証する準備が整った段階である。立入制限が緩和された2020年度の後半から少しずつ準備を再開した段階であり，2021年度には成果を報告できるよう課題を遂行する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画では，2020年度中には前方散乱のための電子銃開発と軌道シミュレーションを行い，動作確認と実際の測定までを行う予定であった。しかしながら，2020年4月以降の新型コロナウィルス感染拡大の影響を受けて，実験室への立ち入りが約半年以上制限され，十分な作業時間の確保が困難となったことから，進捗状況は当初の計画より大幅に遅れている。そのため，本研究の遂行が困難な状況が約１年続いたことを踏まえ， 2021年度も2020年度に引き続いて前方散乱用の電子銃の真空装置への導入と動作確認実験を進める計画である。また，すでに昨年度から検討されてきた微分断面積の前方散乱についてのより厳密な外挿法を使った高精度な衝突断面積の導出についても様々な分子標的に拡張し検討を進めることで本課題の関連内容として成果報告が可能であると思われる。最終的には，今回開発された実験装置を用い測定された前方散乱された電子の微分断面積と，すでに測定された20度から130度のデータの再現性と接続性の確認，および全散乱角度の積分による衝突断面積の導出を行う予定である。その結果と既存の測定データや理論計算との比較から，特に不確定さが大きくばらつきのあった分子標的に対しての検証を行い，プラズマモデリングに必要なデータの検証を行うことができると期待される。
また，得られた測定結果についての成果発表を，本申請者の所属する日本物理学会及び原子衝突学会などの国内学会始め，プラズマプロセスや核融合プラズマに関する諸会議にて順次報告する予定である。
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Research Products
(2 results)
