Development of novel measurement method for plasma temperature

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K04424
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21030:Measurement engineering-related
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: Yambe Kiyoyuki 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (90452474)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 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

Outline of Final Research Achievements

In this study, the novel analysis method for electron and ion temperature was investigated by experiment in non-thermal equilibrium plasma. Since the masses of the electrons and ions in plasma are different, the electron temperature is different from the ion temperature with non-thermal equilibrium state. Utilizing the fact that the electron and ion temperatures are different, a method to analytically derive the electron and ion temperatures was investigated. The measured time average temperature is linearly proportional to the frequency of plasma generation. The slope of the line indicates the difference between the electron and ion temperatures, and the intercept indicates the ion temperature. From the experimental results, it was shown that the electron and ion temperatures of non-thermal equilibrium plasma can be derived, and the validity of the measurement was confirmed by comparison with other measurement.

Free Research Field

プラズマ科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

今まで、大気圧下で発生したプラズマにおけるイオン温度の計測手法は確立されていなかった。本研究により新たな解析手法が開発されたことにより、真空容器などの低圧下に限定されず電子及びイオン温度を計測することが可能となった。この解析手法では電子とイオンの衝突による物理現象に基づいているため、新たに粒子間の衝突現象を考察するための計測手法が開発されたことになる。この新たな電子及びイオン温度の導出手法により、プラズマの基礎及び応用研究への寄与が期待される。また、解析手法は数学的に解析されることから、プラズマだけにとどまらず他の物質における物理依存性に対しても応用が可能である。