Gas-species-independent plasma emission spectroscopy for next-generation electric propulsion
Project/Area Number |
22K18854
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Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Review Section |
Medium-sized Section 24:Aerospace engineering, marine and maritime engineering, and related fields
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Research Institution | The University of Tokyo |
Principal Investigator |
関根 北斗 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (80914077)
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Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
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Keywords | プラズマ計測 / プラズマ科学 / 発光分光 / プラズマ推進 / プラズマ分光 / 小型宇宙機 |
Outline of Research at the Start |
はやぶさのイオンエンジンに代表される電気推進では,水などの分子性ガスを含む推進剤の多様化が急速に進んでおり,多様なガス種に適合できるプラズマ分光計測手法が求められている.しかし,電気推進のプラズマへの直接的な適用には,断面積データの不足および Maxwell型電子エネルギー分布関数の仮定という問題点がある.本研究では,診断ガスとしてのヘリウムを電気推進プラズマに少量混入させ,ヘリウムの励起光で衝突輻射モデル解析を行う手法を提案する.さらに3組以上のヘリウム線強度比を用いる「多線強度比法」を組み合わせることで,上述の問題を克服した,新しい分光手法の構築を目指す.
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Outline of Annual Research Achievements |
本年度は,当初の計画通り,キセノンにヘリウムを混入させた場合の実験データの解析を終え,有用な輝線対の選定と適切な電子温度/プラズマ密度の推定に成功した.先行研究の通り,一重項を輝線対として使用すると輻射捕獲の効果が大きくなりプラズマパラメータの推定精度が大きく悪化すること,また適切な輝線対(三重項同士)を選択することによって,輻射捕獲の効果を制限し,不確かさの範囲でプローブ計測と一致する結果が得られることがわかった.この結果は,キセノンがその推進剤ガスとして主要に用いられる電気推進の低圧低温プラズマにおいて,背景にヘリウムを供給することによるプラズマ診断が可能になったことを表している.また,電子エネルギー分布関数を計測した結果,ヘリウムの混入が電子のエネルギー分布関数に与える影響は極めて小さく,ヘリウムがキセノンプラズマにおける「診断ガス」として適していることが示された.
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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,当初の計画通り,キセノンにヘリウムを混入させた場合の実験データの解析を終え,有用な輝線対の選定と適切な電子温度/プラズマ密度の推定に成功した.本結果は論文投稿準備中(投稿先はPlasma Source Science and Technology, IF4程度)である.キセノンに代わって空気を混入させる系もあらたに構築し,計画通り,分子性ガスでの本手法の適用を試験できる準備(光学系,プローブ計測系)を進めている.総じて,順調に進展しているといえる.
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Strategy for Future Research Activity |
今後は,キセノン以外のガスにおける本手法の適用性を検証する.具体的には,アルゴンなどから,空気/水プラズマに対してヘリウムを混入させ,プラズマ諸量の推定を試みる.また,非マクスウェル性の大きな電子エネルギー分布関数を持つプラズマ源を構築して,3つ以上の輝線対による推定にも挑戦する.
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Report
(1 results)
Research Products
(1 results)