Filament arrangement of surface wave plasma and plasma photonic crystals

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K03519
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 14030:Applied plasma science-related
• Research Institution: Iwate University
• Principal Investigator: MUKAIGAWA Seiji 岩手大学, 理工学部, 教授 (60333754)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鎌田 貴晴 八戸工業高等専門学校, その他部局等, 助教 (50435400)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: マイクロプラズマ / マイクロ波放電 / フィラメント化 / プラズマフォトニック結晶 / 誘電体バリア放電 / 自己組織化 / 散逸ソリトン

Outline of Final Research Achievements

In this study, we propose the filament structure of microwave discharge plasma as a method for realizing plasma photonic crystals. The helium plasma filament generated in a cylindrical vacuum vessel was studied, and the following results were obtained.1. Filament was generated at atmospheric pressure on the rod electrode, and the filament length was controlled by matching the waveguide. The length can be controlled to about 4.1-36.8 mm with an incident power of 200-400 W, and saturates at the maximum value above 400 W.2. The loss of the transmission system was evaluated, and the power density input to the filament was evaluated. The input power density is 100~40 W/cm3 for the filament length 15-45mm, and the filament with an electron density of about 5×10^9 cm^-3 is elongated.

Free Research Field

プラズマ応用科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、プラズマフォトニック結晶の研究を通じて、電磁場とプラズマの基本相互作用の学理を探求することに学術的意義がある。本研究期間内では、マイクロ波放電のフィラメント構造と、誘電体バリア放電の散逸ソリトン（スポット状のプラズマ）の配列について、その生成の起源を実験的に明らかにすることを目標とした。本研究におけるプラズマのフィラメント化現象の把握は、測定結果を放電物理に基づいて理解する初期段階にあるが、問題を広くとらえれば複雑系におけるパターン形成の問題であり、放電様相が特定の寸法の点や線や縞模様になる機構の研究は複雑系における普遍的問題という意味で社会的な意義があると考える。