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J×B駆動回転プラズマを用いた同位体遠心分離法の開発研究

研究課題

研究課題/領域番号 05558059
研究種目

試験研究(B)

配分区分補助金
研究分野 エネルギー学一般・原子力学
研究機関茨城大学

研究代表者

池畑 隆  茨城大学, 工学部, 助教授 (00159641)

研究分担者 佐藤 直幸  茨城大学, 工学部, 助手 (80225979)
真瀬 寛  茨城大学, 工学部, 教授 (30007611)
田中 正俊  茨城大学, 工学部, 教授 (10250979)
研究期間 (年度) 1993 – 1995
研究課題ステータス 完了 (1995年度)
配分額 *注記
4,400千円 (直接経費: 4,400千円)
1995年度: 200千円 (直接経費: 200千円)
1994年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
1993年度: 3,500千円 (直接経費: 3,500千円)
キーワード回転プラズマ / 同位体分離 / プラズマ遠心分離 / プラズマ加速 / プラズマ巨視不安定性 / プラズマ生成 / J×Bローレンツカ / 電磁力 / プラズマの巨視的不安定性
研究概要

本研究の目的は回転プラズマの遠心力を利用したプラズマ遠心分離法の特性を詳しく吟味し、コンパクトな同位体分離法としての実用化の可能性を探ることであった。そのため、新たに同軸回転プラズマ銃を考案し、2種類の放電方式、ガスパフグロー放電方式(GII実験装置)および真空放電方式(GIII実験装置)によりそれぞれ、希ガス回転プラズマ(Ar,He)および金属回転プラズマ(Zn/Cu,Cu,Mg/Al,Ag)を生成した。次に実験理論の両面から回転プラズマの駆動特性、回転プラズマの平衡と不安定性、粒子輸送と遠心分離係数を検討した。その結果、プラズマ密度、速度の磁場強度、放電電流に対するスケール則を確立した。特に回転速度は磁場強度に比例し放電電流に反比例するので、大電流パルス放電によるプラズマ生成よりもむしろ超伝導マグネットを用いた強磁場運転のほうがメリットが大きいことがわかった。次に、高速回転プラズマの表面に巨視的不安定性が成長し、特異なスパイラル構造に発展することを発見した。プラズマ遠心分離の性能向上のためにこの不安定性は是非とも解決する必要がある。回転プラズマと残存する中性ガスとの間に強い相互作用があると、プラズマ境界付近に速度シア-が発生し、遠心力不安定性が発生する。スパイラル構造はこの遠心力不安定性の結果である。実験ではガスの種類、圧力等を変化させて不安定性の成長度、振幅、モード構造の変化等を詳しく調べた。また、予備的ながら約1テスラ以上の磁場強度でイオンが十分磁化するようになると、不安定性が安定化されることがわかった。最後に、Zn/Cu混合プラズマを用いた遠心分離実験で濃縮率9を得た。この値はガス遠心分離法の0.1と比べると約100倍という大きな値である。
上記の実験結果に、装置のエネルギー効率や経済性の観点をつけ加えると、超伝導マグネットを用いたテスラ級の強磁場で定常または準定常の回転プラズマを用いるシステムがもっとも有望であることがわかった。

報告書

(4件)
  • 1995 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1994 実績報告書
  • 1993 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (17件)

  • [文献書誌] 田中博道: "中性気体中における回転プラズマの不安定性と渦構造の形成" 電気学会プラズマ研究会資料. Ep-96. 91-100 (1996)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1995 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 津久井崇: "強磁場(3T)でのJ×B駆動回転プラズマの発生と同位体分離" 電気学会プラズマ研究会資料. Ep-96. 81-90 (1996)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1995 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Ikehata: "Development of spiral-vortex structures of the plasma during rotation in a ueutral gas." Proc.5th Int.Symp.Potential Formation and Related Nonlinear Phenomena in Plasmas. (1996)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1995 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Ikehata: "Characteristics of a J×B driven rotating plasma in a magnetic field of up to 3T." Proc.1996 Int.Conf.Plasma Physics. (1996)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1995 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Ikehata: "Large-scale structuring of a rotating plasma" Proc.1994 Int.Conf.Plasma Physics. 3. -176 (1994)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1995 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Ikehata: "The stabilizing effect of a magnetic field on the plasma production of a vacuundischarge rotating plasmagun" Trans.IEE Japan. 114-A. 135-140 (1994)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1995 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] HIROMICHI TANAKA: "DEVELOPMENT OF MACROINSTABILITIES AND FORMATION OF VORTEX STRUCTURES ON A PLASMA ROTATING IN A NEUTRAL GAS" Denkigakkai Plasma Kenkyuukai Shiryou (In Japanese). Ep-96-104. 91-100 (1996)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1995 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] TAKASHI TSUKUI: "GENERATION OF A J*B DRIVEN ROTATING PLASMA IN A MAGNETIC FIELD OF UP TO 3T AND ITS APPLICATION TO ISOTOPE SEPARATION" Denkigakkai Plasma Kenkyuukai Shiryou (In Japanese). Ep-96-103. 81-90 (1996)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1995 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] TAKASHI IKEHATA: "DEVELOPMENT OF SPIRAL-VORTEX STRUCTURES OF THE PLASMA DURING ROTATION IN A NEUTRAL GAS" Proc.5th Int.Symp.Potential Formation and Related Nonlinear Phenomena in Plasmas. (in press). (1996)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1995 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] TAKASHI IKEHATA: "CHARACTERISTICS OF A J*B DRIVEN ROTATING PLASMA IN A MAGNETIC FIELD OF UP TO 3T" Proc.1996 Int.Conf.Plasma Physics. (in press). (1996)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1995 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] TAKASHI IKEHATA: "LARGE-SCALE STRUCTURING OF A ROTATING PLASMA" Proc.1994 Int.Conf.Plasma Physics. Vol.3. 173-176 (1994)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1995 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] TAKASHI IKEHATA: "THE STABILIZING EFFECT OF A MAGNETIC FIELD ON THE PLASMA PRODUCTION OF A VACUUM-DISCHARGE ROTATING PLASMA GUN" Trans.IEE Japan. Vol.114-A. 135-140 (1994)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1995 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 菊池寿徳: "回転プラズマの巨視的不安定性と構造形成に関する研究" 茨城大学工学部研究集報. 43. 7-16 (1995)

    • 関連する報告書
      1995 実績報告書
  • [文献書誌] 池畑 隆: "LARGE-SCALE STRUCTURING OF A ROTATING PLASMA" Proc.1994 Int.Conf,Plasma Physics. 3. 173-176 (1994)

    • 関連する報告書
      1994 実績報告書
  • [文献書誌] 五十嵐 康仁:"J×B駆動回転プラズマにおける回転速度の分布とスケール則" 茨城大学工学部研究集報. 42(印刷中). (1994)

    • 関連する報告書
      1994 実績報告書
  • [文献書誌] 池畑 隆: "The Stabilizing Effect of a Magnetic Field on the Plasma Production of a Vacuum-Discharge Rotating Plasma Gun" 電気学会論文A. 114. 101-106 (1994)

    • 関連する報告書
      1993 実績報告書
  • [文献書誌] 載 海虹: "2次元分光トモグラフィーを用いた多成分プラズマの診断" 茨城大学工学部研究集報. 41(印刷中). (1993)

    • 関連する報告書
      1993 実績報告書

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公開日: 1993-04-01   更新日: 2016-04-21  

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