高温気流中の絶対原子数密度測定法の開発および内部非平衡状態の解明

2012 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22686079
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 松井 信 静岡大学, 工学部, 助教 (90547100)
• Project Period (FY): 2010-04-01 – 2013-03-31
• Keywords: プラズマ計測 / 原子数密度測定 / 高温気体力学 / レーザー分光

Research Abstract

前年度に引き続きICP光源で生成するプローブ光のプロファイル形状の評価を行った．常温のキセノンセルを用いることで，プロファイル形状の数密度測定への影響を調べ「プラズマ応用科学」にて報告した．またこの結果を逆に利用し，光源と入射窓の間の吸収原子数密度を能動的に制御することで，測定対象数密度に最適なプロファイル形状を生成する手法を提案し，実際に従来では2桁程度であった数密度測定領域を5桁以上に拡大させることを実験的に立証した．本結果は「Review of Scientific Instruments」にて報告した．上記手法はまたECRマイクロ波放電管を用いて生成した酸素原子数密度測定にも適用し，実際に測定可能であることを実証した．　以上の結果より，プローブ光を生成するICP光源内でプローブ光の中心波長付近が大きく吸収されるため，この光を集光しても吸収飽和を起こすのは難しいことがわかった．そこで，ICP放電管内にオリフィスを設置し，オリフィス下流側にプラズマを生成し，上流側を高真空ポンプで排気することで圧力を生成部より一桁以上下げることで中心波長付近の吸収を抑制しようと試みた．その結果，レーザー吸収分光法によりオリフィス上流1mmの位置において，エネルギー準位の高い共鳴準位（8.44eV）の数密度が低い準安定準位（8.32eV）の数密度を上回る反転分布であることがわかった．またこの数密度測定の結果からプローブ光強度は0.6mW/mm2であることがわかりこれは吸収飽和を生じさせることが可能な強度である．しかしながら上流2mmではこの強度が一桁下がるため，実用化するにはオリフィス直後にMgF2付の中空ファイバを設置し，測定対象まで導入する必要がある．本結果は第56回宇宙科学技術連合講演会で発表し，学生最優秀賞を受賞した．

Current Status of Research Progress

Reason

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Development of vacuum ultraviolet absorption spectroscopy system for wide measurement range of number density using a dual-tube inductively coupled plasma light source (2012)
  • Author(s): Kuwahara, A., Matsui, M., and Yamagiwa, Y.
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: Vol.83 Pages: 123105
  • URL: http://dx.doi.org/10.1063/1.4770118
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 真空紫外吸収分光法におけるプローブ光プロファイルの評価と数密度測定への影響 (2012)
  • Author(s): 桑原彬, 松井信, 山極芳樹
  • Journal Title: プラズマ応用科学 Volume: Vol.20, No.2 Pages: 130-134
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Generation and Diagnostics of Atmospheric Pressure CO2 Plasma by Laser Driven Plasma Wind Tunnel (2012)
  • Author(s): Matsui, M., Tanaka, K., Nomura, S., Komurasaki, K., Yamagiwa, Y., and Arakawa, Y.
  • Journal Title: Journal of Applied Physics Volume: Vol.112 Pages: 033301
  • DOI: 10.1063/1.4739259
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] レーザープラズマによるアルミナ還元のシミュレーション (2012)
  • Author(s): 中野正勝, 松井信, 田中憲作, 荒川義博, 後藤徹也, 白形弘文
  • Journal Title: プラズマ応用科学 Volume: Vol.20, No.1 Pages: 43-47
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] アルミニウムを用いたエネルギー循環システムの技術開発 (2012)
  • Author(s): 荒川義博, 松井信, 中野正勝, 高橋周平, 後藤徹也, 白形弘文
  • Journal Title: プラズマ応用科学 Volume: Vol.20, No.1 Pages: 3-8
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 吸収分光法を用いた基底原子数密度測定法の開発 (2013)
  • Author(s): 桑原彬，福路直大，森田陵，松井信，山極芳樹
  • Organizer: 第 30 回プラズマプロセシング研究会（SPP-30）
  • Place of Presentation: アクトシティ浜松（静岡県）
  • Year and Date: 20130121-20130123
• [Presentation] “Generation and Characterization of High Enthalpy CO2 Flow by Laser Driven Plasma Wind Tunnel (2013)
  • Author(s): Matsui, M., Yoneda, S., Nomura, S., Yamagiwa, Y., Komurasaki, K., and Arakawa, Y
  • Organizer: 51st AIAA Aerospace Sciences Meeting Conference
  • Place of Presentation: Gaylord Texan Hotel and Convention Center (Dallas)
  • Year and Date: 20130107-20130110
• [Presentation] “Development of ICP Light Source for Wide Number Density Range Measurement by VUV Absorption Spectroscopy (2013)
  • Author(s): Kuwahara, A., Matsui, M., and Yamagiwa, Y.
  • Organizer: 51st AIAA Aerospace Sciences Meeting Conference
  • Place of Presentation: Gaylord Texan Hotel and Convention Center (Dallas)
  • Year and Date: 20130107-20130110
• [Presentation] ICP 光源を用いたキセノン共鳴線の吸収飽和 (2012)
  • Author(s): 桑原彬，松井信，山極芳樹
  • Organizer: 第 44 回流体力学講演 会/航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
  • Place of Presentation: 富山国際会議場（富山県）
  • Year and Date: 20120705-20120706
• [Presentation] 分光法による高エンタ ルピー二酸化炭素気流診断 (2012)
  • Author(s): 松井信，米田進吾，福路直大，野村哲史，小紫公也，山極芳樹，荒川義博
  • Organizer: 第 44 回流体力学講演 会/航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
  • Place of Presentation: 富山国際会議場（富山県）
  • Year and Date: 20120705-20120706
• [Presentation] Atomic Oxygen Generation by Laser Plasma as a LEO Environmental Simulator (2012)
  • Author(s): Matsui, M., Tanaka, K., Yoneda, S., Nomura, S., Komurasaki, K., Yamagiwa, Y., and Arakawa, Y
  • Organizer: 4th AIAA Atmospheric and Space Environments Conference
  • Place of Presentation: Sheraton New Orleans (New Orleans)
  • Year and Date: 20120625-20120628
• [Presentation] Combined VUV Absorption and Laser Absorption Spectroscopy for Atomic Oxygen Detection (2012)
  • Author(s): Matsui, M., Kuwahara, A., and Yamagiwa, Y
  • Organizer: 4th AIAA Atmospheric and Space Environments Conference
  • Place of Presentation: Sheraton New Orleans (New Orleans)
  • Year and Date: 20120625-20120628
• [Presentation] Development of Atomic Number Density Measurement Technique in High Enthalpy Flows Using VUV Absorption Spectroscopy (2012)
  • Author(s): Kuwahara, A., Matsui, M., Yamagiwa, Y
  • Organizer: 13th International Space Conference of Pacific-basin Societies
  • Place of Presentation: 京都市国際交流会館（京都府）
  • Year and Date: 20120515-20120518
• [Presentation] 吸収分光法を用いた基底準位原子数密度測定手法の検討 (2012)
  • Author(s): 桑原彬, 松井信, 山極芳樹
  • Organizer: 日本航空 宇宙学会第 43 期年会講演会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都）
  • Year and Date: 20120412-20120413
• [Presentation] レーザープラズマ風洞を 用いたヘリウム混合による高速原子状酸素流の生成 (2012)
  • Author(s): 米田進吾, 田中憲作, 野村哲史, 松井信, 山極芳樹, 小紫公也, 荒川義博
  • Organizer: 日本航空 宇宙学会第 43 期年会講演会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都）
  • Year and Date: 20120412-20120413
• [Presentation] レーザー維持プラズマを用いた高エンタルピ ー気流の生成
  • Author(s): 松井信，米田進吾，小紫公也，山極芳樹，荒川義博
  • Organizer: レーザー学会中部支部 2012 年度若手研究者研究発表会研究発表会
  • Place of Presentation: 名城大学（愛知県）
• [Presentation] 半導体レーザーを用いた基底準位原子数密度測定法の開発
  • Author(s): 桑原彬, 森田陵, 松井信，山極芳樹
  • Organizer: レーザー学会中部支部 2012 年度若手研究者研究発表会研究発表会
  • Place of Presentation: 名城大学（愛知県）
• [Presentation] 誘導結合プラズマ光源による基底準位原子の吸収飽和
  • Author(s): 桑原彬，松井信，山極芳樹
  • Organizer: 宇宙航行の 力学シンポジウム
  • Place of Presentation: ISAS/JAXA（神奈川県）
• [Presentation] 真空紫外光による共鳴準位からの吸収信号増幅
  • Author(s): 桑原彬，松井信，山極芳樹
  • Organizer: IEEEYoung Researcher Workshop
  • Place of Presentation: 静岡大学（静岡県）