2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of novel measurement method for plasma temperature
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19K04424
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
山家 清之 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (90452474)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | プラズマ温度 / プラズマ圧力 / 熱エネルギー伝搬 / プラズマ発光 / デューティ比 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では新たに提案する解析手法を用いて、実験によりプラズマの温度から電子温度とイオン温度をそれぞれ導出できることを試みることを目的とした。アークプラズマのように電子温度及びイオン温度が高温である場合には、電子とイオン間の熱エネルギーのやりとりが頻繁に発生することで電子温度とイオン温度が等しい熱平衡状態となるため、温度の導出上、それぞれの温度を分離し切り分ける必要は無く、プラズマ温度≒電子温度≒イオン温度となる。一方、グロープラズマの場合には電子温度とイオン温度は異なるため、それぞれの温度を分離して導出する必要があるが、観測されるプラズマの温度から電子温度とイオン温度を分離して導出する解析手法は確立されていない。そこで、プラズマの発生周期を変化させてプラズマの温度を計測することにより、その時間平均温度から電子温度とイオン温度を導出することを試みた。
分光器で対象となる物体を観測する時間と、対象物が存在する時間が一致しない場合、分光器で観測する全時間に対して、対象物が存在しない時間が含まれることになる。プラズマを構成するイオンと電子の質量は大きく異なるため、イオンの動きは遅く、電子は高速に動く。従って、プラズマが存在する期間ではプラズマとして電子及びイオンが観測され、存在しない期間ではイオンが観測されることになる。その結果、プラズマが繰り返して発生する周期に対して、時間平均温度は線形比例することになる。プラズマ発生の繰り返し周波数に対して、各周波数における時間平均温度を導出しプロットし、線形近似線を与える。その線形近似線の傾きは電子温度とイオン温度の差を、切片はイオン温度を示すことになる。実際に計測した結果より、プラズマの電子温度とイオン温度を導出することが可能であることを示し、他の分光計測における解析から電子温度を導出し、比較することにより、計測の妥当性を明らかにした。
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