2015 Fiscal Year Annual Research Report
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24244094
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
林 康明 京都工芸繊維大学, その他部局等, 教授 (30243116)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三重野 哲 静岡大学, その他の研究科, 教授 (50173993)
高橋 和生 京都工芸繊維大学, その他部局等, 准教授 (50335189)
齋藤 和史 宇都宮大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70251080)
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| Project Period (FY) |
2012-10-31 – 2017-03-31
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| Keywords | 微粒子プラズマ / ダストプラズマ / 微粒子 / 光計測 / クーロン結晶 / 微粒子流 / 偏光解析 / インテグラルフォトグラフィ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
微粒子計測・解析技術の一つとして開発しているミー散乱偏光解析装置の製作を完了し、その機能・性能の確認と応用展開を行った。粒径・粒径分布が既知の既存の微粒子を用いて計測を行い理論計算と矛盾のない値が得られ、解析方法とコンピュータの計測処理プログラムが正確であることを確認した。また、二相混合微粒子の相対分布を定量化する方法として、イメージング・ミー散乱偏光解析法を提案し、まだ課題は残しているものの、微粒子の挙動を解析する方法として有用であることを確認した。核融合装置におけるダスト計測において、ミー散乱偏光解析システムの画像センサに入る光強度は小さいため、視野拡大とレンズ焦点位置を変更した検光子部を新たに設計・製作した。予備的な実験を行い、簡単な光軸調整で微粒子散乱光を画像センサで捉えられることを確認した。
高密度プラズマの生成が可能な微粒子プラズマ実験用装置として、新たにヘリコンプラズマ装置を設計・製作した。1000ガウス以上の磁場生成が可能な２つの電磁石と、反応槽、石英管を配置し、ターボ分子ポンプでの排気が可能である。磁石・反応槽部・架台部の製作を終了し、現在、組立中である
プラズマ中の微粒子の三次元配位を一方向からのみの情報で把握することを目的として、マルチレンズアレイを用いたインテグラルフォトグラフィ法を微粒子プラズマに適用した。一方向から三次元構造を観察できる方法を構築し、微粒子の三次元分布再構成を行うえることを確認した。
微粒子プラズマに永久磁石を用いて軸対称な非一様磁場を印加し、イオンのダイナミクスを通じた微粒子に対する磁場の影響を調べた。微粒子流において現状では渦的な構造が見出されない理由について各種の考察を行い、特に、レイノルズ数が小さいことが理由であると推測した。
プラズマ中の存在する複数の微粒子の運動を観測し、微粒子間の相互作用について解析を行った。
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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
本年度は、計測技術開発および解析方法の開発・確立をすすめると共に、実験に基づき、微粒子プラズマに関わる物理現象の解明を行うことを主な目的とした。
ミー散乱偏光解析装置では、イメージング・ミー散乱偏光解析法を新たに提案し、微粒子の空間・粒径分布の時間変化を解析する方法として有用であることを確認した。また、レンズを用いて遠方より観測できるシステムを新たに提案・試作した。
マルチレンズアレイを用いたインテグラルフォトグラフィによる微粒子観測法を提案し、プラズマ中の微粒子について、一方向から三次元配列構造が観察できることを確認した。
軸対称な非一様磁場を永久磁石により印加し、微粒子に対する磁場の影響がイオンのダイナミクスと関係があることが理解された。また、流れのレイノルズ数を見積り、微粒子流において渦的な構造が見出されないことの説明が可能となった。
以上より、当初の計画に対して不十分な課題もあるが、計画以上の新たな成果もあり、総合的には概ね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
計測技術開発および解析方法の開発と確立を行う。また、主に実験に基づいて微粒子プラズマに関わる物理現象の解明を行い、その制御方法を開発する。さらに、研究の過程で獲得した、計測技術、制御技術、プラズマの非線形性現象の物理等を、ナノ・微粒子材料のプラズマ合成技術の開発や、核融合装置などにおけるダスト除去の技術開発に活かす。物理現象の計測・解析に関する次年度の具体的な実験計画は次のとおり。
プラズマ中の微粒子の粒径・空間分布を解析する方法として、イメージング・ミー散乱エリプソメトリ法やインテグラルフォトグラフィ―法を確立する。また、高密度ヘリコンプラズマ装置などにこれらの計測装置を組み込み、微粒子の成長過程や構造形成を観測する。さらに、三次元等方的な微粒子プラズマ生成方法を開発する。
微粒子プラズマにおける微粒子の流体的特性を調べるため、シアー微粒子流間の相互作用について渦生成を中心として解析する。高さ方向でのシアーも考慮しながら、プラズマ中における微粒子流の特性についてまとめる。
プラズマにおける微粒子とイオン・電子の空間分布の様子を明らかにするため、ダブルプローブによりイオン密度と電子温度を、マイクロ波干渉法により電子密度を測定する。特に、微粒子の輸送に着目して微粒子に働く力の詳細を明らかにし、微粒子の分布を制御する方法を確立する。
微粒子間の短距離的な力学的相互作用を解明するため、単分散微粒子系での対運動を解析する。揺動の有る系での自己相関および相互相関を統計的に分析し、粒子対運動の定量的解析を行う。
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[Journal Article] Estimation of Plasma Parameters in Dusty Plasmas for Microgravity Experiments2015
Author(s)
Takahashi, K, Thomas, H, M, Molotkov, V, I, Morfill, G, E, Adachi, S.
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Journal Title
Int. J. Microgravity Sci. Appl.
Volume: 32
Pages: 320409-320413
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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