| 研究課題/領域番号 |
21J15345
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分14010:プラズマ科学関連
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| 研究機関 | 横浜国立大学 |
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研究代表者 |
江本 一磨 横浜国立大学, 工学研究院, 特別研究員(PD) (10967227)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
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| キーワード | 磁気ノズル / 運動論的解析 / RF加熱 / 電気推進 / プラズマ物理 / 運動量変換 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
磁気ノズルを用いた宇宙推進機の研究開発が進められる中、さらなる性能向上のためには磁気ノズル内部で加速されるイオン・電子の運動論的物理を明らかにする必要がある。本研究では磁気ノズル加速における静電気力・電磁気力とプラズマの力学的関係を運動論シミュレーションで解析し、磁気ノズル内部のプラズマによるエネルギー輸送と運動量変換を運動論的側面から明らかにすることを目的とする。
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| 研究実績の概要 |
電気推進機への応用を目指した磁気ノズル加速の運動論的解析を行い、推進機内部で起こるプラズマ物理の解明と性能向上に向けた数値的研究を行った。計算手法としてparticle-in-cell / Monte Carlo collisions法を採用し、電磁場中のイオン・電子の運動と粒子間衝突を扱うシミュレーションによって磁気ノズル内部のプラズマ流れを再現した。その結果、RF加熱によって生成された高エネルギー電子輸送ならびに推進機内部の密度構造形成を明らかにするとともに、磁気ノズルによるプラズマ膨張現象における電子エネルギー依存性を明らかにする研究成果を得た。内部の密度構造によって推進性能が変わることが実験的に示唆されていたため、密度構造がどのようなプラズマ物理によって決まるかを明らかにする本成果は、推進機の性能向上に向けた設計指針となる意義がある。また、プラズマ膨張現象における電子エネルギー依存性に着目したことで、実験研究によって示唆されていたシースの重要性を支持する結果が得られた上、高エネルギー電子によるプラズマ中のエネルギー輸送を示唆する結果となった。これらの研究成果は、実験研究において示唆されていたプラズマ流れを数値的に検証したものであり、磁気ノズル内部のプラズマ物理を運動論的視点から解明した点に重要性がある。さらに当該年度は中性粒子の流れ解析を新たに実装し、プラズマ中の荷電粒子と中性粒子を同時に解析する計算コードに拡張した。今後は、中性粒子流れが磁気ノズル加速においてどのような影響を及ぼすのかを解析することにつながり、磁気ノズル推進機のさらなる性能向上に向けた知見が得られることが期待される。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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