2023 Fiscal Year Annual Research Report
Research on ion acceleration mechanism in microwave plasma
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23H01614
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
月崎 竜童 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (70720697)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森下 貴都 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 研究開発員 (30968475)
西山 和孝 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (60342622)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2027-03-31
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| Keywords | マイクロ波 / カソード / LIF法 / Time-resolved |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マイクロ波放電式カソードは宇宙用プラズマ推進機の中核要素として世界で初めて申請者らが実用化を果たしたものの、プラズマ中のイオンが壁面に衝突することでスパッタリング損耗がおき、宇宙機表面の劣化やカソードの故障を引き起こしている。このイオンのエネルギーは、単純に中和器の印加電圧だけでは説明がつかないため、申請者はプラズマ電位の振動エネルギーがイオンを加速している可能性に着目し、従来構築してきた数値計算・レーザ分光計測・プローブ計測を時間分解能のあるシステムへと発展させ、プラズマの時間分解能的ダイナミズムを3次元的に捉えることで、イオンの加速過程の物理を明らかにする。
研究1年目は、時間分解能のないTime-averagedレーザ誘起蛍光法(LIF法)にて、マイクロ波カソードのイオン速度関数の2次元計測を行った。これらの計測では、2つ以上のイオン速度関数が合成された結果が確認された。カソードの作動電圧以上まで加速されたイオンも確認されており、RPAなどの別の手法での計測結果とも整合する結果を得た。さらに実際の宇宙機同様、GNDから切り離して計測を行い、差を定量的に評価している。現在は、磁場の極性を変更して計測に取り組み、磁場の影響を定量的に評価中である。
また手法確立を目的に、Time-resolved LIF法を先行研究で実績のあるホローカソードに適用し、データ取得に成功した。現在はSN比など定量的なデータ解析を行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
Time-averaged 計測によるマイクロ波カソード周辺の定量的な2次元計測に成功し、この学術成果を論文にまとめている。更に難関であったTime-resolved計測の手法実証にも先行研究で実績のあるホローカソードでは成功しており、順調に研究は遂行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
ホローカソードで手法実証に成功したTime－resolved LIF法は、マイクロ波カソードに適用するにあたり、周波数が高周波化とSN比の低下の２つが課題として、推測される。
より高速な計測計にするために、10-100kHzオーダに対応した計測装置の導入を行う。また現行のセットアップでSN比の改善などを図り、マイクロ波カソードへのTime－resolved計測の準備を進める。
マイクロ波カソードでのTime－averaged計測によるデータ取得も今年度完了させる。
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