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乱れの付加によるホールスラスタの放電安定化

研究課題

研究課題/領域番号 17K14873
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 航空宇宙工学
研究機関東京大学

研究代表者

川嶋 嶺  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (80794429)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2017年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワードホールスラスタ / 電気推進 / プラズマ / 放電制御 / 電子異常輸送 / 数値流体力学 / プラズマ・核融合 / プラズマシミュレーション / 放電振動
研究成果の概要

ホールスラスタと呼ばれる高密度なプラズマを生成するイオン推進機において、周方向に現れる不均一なプラズマ特性分布が、磁化された電子の流れに影響を及ぼしている可能性がある。本研究では、あえて周方向不均一に推進剤ガスを供給して推進機を作動させ、この時形成されるプラズマ特性分布および電子の挙動を、高解像度プローブ計測実験とプラズマ流れシミュレーションによって明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ホールスラスタなどの磁場閉じ込めを用いるイオン源において、磁力線を横切る方向の電子の挙動は未解明の物理現象であった。本研究で得られた周方向プラズマ特性分布の形成と電子の挙動に関する知見は、この未解明物理の理解に貢献するものである。特に、周方向プラズマ特性はこれまで取得が困難とされていたものであり、本研究で得られた実験データの学術的意義は大きい。磁化された電子流れに関する物理解明は、マグネトロンスパッタ装置など他のイオン源の性能向上にもつながるものであり、社会的意義がある。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (31件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 17件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] テキサスA&M大学(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Plasma formation and cross-field electron transport induced by azimuthal neutral inhomogeneity in an anode layer Hall thruster2019

    • 著者名/発表者名
      J. Bak, R. Kawashima, K. Komurasaki, and H. Koizumi
    • 雑誌名

      Physics of Plasmas

      巻: 26 号: 7 ページ: 073505-073505

    • DOI

      10.1063/1.5090931

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Inflow angular dependence of the capture coefficient in cryopumps2019

    • 著者名/発表者名
      G. Ito, R. Kawashima, K. Komurasaki, H. Koizumi
    • 雑誌名

      Vacuum

      巻: 160 ページ: 102-108

    • DOI

      10.1016/j.vacuum.2018.11.013

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hybrid PIC Simulation of a Thruster with Anode Layer with Self-Consistent Electron Transport Model2019

    • 著者名/発表者名
      R. Kawashima, Y. Hamada, J. Bak, K. Komurasaki
    • 雑誌名

      Advances in Applied Plasma Science

      巻: 12 ページ: 9-12

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] High-order upwind and non-oscillatory approach for steady state diffusion, advection?diffusion and application to magnetized electrons2018

    • 著者名/発表者名
      Chamarthi Amareshwara Sainadh, Komurasaki Kimiya, Kawashima Rei
    • 雑誌名

      Journal of Computational Physics

      巻: 374 ページ: 1120-1151

    • DOI

      10.1016/j.jcp.2018.08.018

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Two-dimensional Modeling of the Hall Thruster Discharge with Non-uniform Propellant Supply in Azimuth2018

    • 著者名/発表者名
      Rei Kawashima, Junhwi Bak, Kimiya Komurasaki, Hiroyuki Koizumi
    • 雑誌名

      Frontier of Applied Plasma Technology

      巻: 11 ページ: 7-12

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical analysis of azimuthal rotating spokes in a crossed-field discharge plasma2018

    • 著者名/発表者名
      R. Kawashima, K. Hara, K. Komurasaki
    • 雑誌名

      Plasma Sources Science and Technology

      巻: 27 号: 3 ページ: 035010-035010

    • DOI

      10.1088/1361-6595/aab39c

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 推進剤が不一様に供給されたホールスラスタ内のプラズマ諸量2017

    • 著者名/発表者名
      朴俊輝, 川嶋嶺, 水川将暢, 小紫公也, 小泉宏之
    • 雑誌名

      プラズマ応用科学

      巻: 25 ページ: 9-14

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Ionization zone shifting downstream at high propellant flow density in RAIJIN662019

    • 著者名/発表者名
      Y. Hamada, J. Bak, R. Kawashima, K. Komurasaki, H. Koizumi
    • 学会等名
      12th International Symposium on Applied Plasma Science
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Study on the Sputtering Mechanism of Keeper Electrodes in Hall Thruster2019

    • 著者名/発表者名
      J. Chen, R. Kawashima, K. Komurasaki
    • 学会等名
      36th International Electric Propulsion Conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Study of Xenon Wall Accommodation Model and Background Flow during Hall Thruster Ground Test2019

    • 著者名/発表者名
      G. Ito, R. Kawashima, K. Komurasaki, H. Koizumi
    • 学会等名
      36th International Electric Propulsion Conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electron cross-field transport mechanism observed under the azimuthally inhomogeneous neutral supply in a Hall thruster2019

    • 著者名/発表者名
      J. Bak, B. Van Loo, R. Kawashima, K. Komurasaki, H. Koizumi
    • 学会等名
      36th International Electric Propulsion Conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Coupled Simulation of Two-Dimensional Hybrid Hall Thruster Models2019

    • 著者名/発表者名
      R. Kawashima, J. Bak, Y. Hamada, B. Van Loo, H. Koizumi, K. Komurasaki
    • 学会等名
      36th International Electric Propulsion Conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Study on electron cross-field drift by an azimuthal electric-field in Hall thrusters: from plasma density and potential structures2019

    • 著者名/発表者名
      J. Bak, R. Kawashima, K. Komurasaki, H. Koizumi
    • 学会等名
      XXXIV International Conference on Phenomena in Ionized Gases
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Plasma Diagnosis of RAIJIN66 Thruster2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Hamada, J. Bak, R. Kawashima, K. Komurasaki, H. Koizumi
    • 学会等名
      32nd International Symposium on Space Technology and Science
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Two-Dimensional Hybrid Models of the Plasma Discharge in an Anode-Layer Hall Thruster2019

    • 著者名/発表者名
      R. Kawashima, Y. Hamada, J. Bak, B. Van Loo, K. Komurasaki, H. Koizumi
    • 学会等名
      32nd International Symposium on Space Technology and Science
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] アノードレイヤ型ホールスラスタUT-58作動特性の数値解析2019

    • 著者名/発表者名
      川嶋嶺, 朴俊輝, 濱田悠嗣, Bastiaan Van Loo, 小紫公也
    • 学会等名
      第59回航空原動機・宇宙推進講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Investigation of Electron Cross-field Transport in Hall Thrusters with Inhomogeneity of Plasma Density and Potential in Azimuth2018

    • 著者名/発表者名
      J. Bak, R. Kawashima, B. Van Loo, K. Komurasaki, H. Koizumi
    • 学会等名
      2nd Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of Density Inhomogeneity in Azimuth on Discharge Oscillation Suppression and Electron Diffusion in Hall Thrusters2018

    • 著者名/発表者名
      J. Bak, R. Kawashima, K. Komurasaki, H. Koizumi
    • 学会等名
      2018 Joint Propulsion Conference
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 双曲型解法による磁化電子流体の高精度流束計算2018

    • 著者名/発表者名
      川嶋嶺, 小紫公也
    • 学会等名
      第32回数値流体力学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] ホールスラスタにおける周方向電場の発生と電子輸送促進の数値解析2018

    • 著者名/発表者名
      川嶋嶺, 小紫公也
    • 学会等名
      第62回宇宙科学技術連合講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] A One-dimensional Hybrid Particle-Fluid Simulation with Electron Inertia in a Hall Effect Thruster2018

    • 著者名/発表者名
      Z. Wang, S. Chamarthi, R. Kawashima, K. Komurasaki, H. Koizumi
    • 学会等名
      Asian Joint Conference on Propulsion and Power 2018
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Two-dimensional Hybrid Model of a Hall Thruster with Non-uniform Propellant Supply2018

    • 著者名/発表者名
      R. Kawashima, J. Bak, K. Komurasaki, H. Koizumi
    • 学会等名
      Plasma Application and Hybrid Functionally Materials
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hyperbolic System Approach for Magnetized Electron Fluids in ExB Discharge Plasmas2018

    • 著者名/発表者名
      R. Kawashima, Z. Wang, S. Chamarthi, H. Koizumi, K. Komurasaki
    • 学会等名
      2018 AIAA Aerospace Sciences Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Weighted Nonlinear Schemes for Magnetized Electron Fluid in Quasi-neutral Plasma2018

    • 著者名/発表者名
      S. Chamarthi, Z. Wang, R. Kawashima, K. Komurasaki
    • 学会等名
      2018 AIAA Aerospace Sciences Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Low-frequency ionization oscillations due to azimuthally rotating spokes in cross-field configurations2017

    • 著者名/発表者名
      K. Hara, R. Kawashima
    • 学会等名
      70th Annual Gaseous Electronics Conference
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of Azimuthal Non-uniformity on the Hall Thruster Discharge2017

    • 著者名/発表者名
      R. Kawashima, J. Bak, K. Komurasaki, H. Koizumi, K. Hara
    • 学会等名
      35th International Electric Propulsion Conference
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical Modelling of Rotating Spokes in Hall Thruster Discharge Plasma2017

    • 著者名/発表者名
      R. Kawashima, K. Hara
    • 学会等名
      44th International Conference on Plasma Science
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ホールスラスタにおける回転スポーク現象の数値解析2017

    • 著者名/発表者名
      川嶋嶺, 朴俊輝, 小紫公也, 小泉宏之
    • 学会等名
      日本航空宇宙学会第48期年会講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [備考] 小紫・小泉研究室

    • URL

      http://www.al.t.u-tokyo.ac.jp

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [備考] 川嶋嶺個人ページ

    • URL

      http://www.al.t.u-tokyo.ac.jp/members/kawashima/home_ja.html

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2022-02-21  

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