| 研究課題/領域番号 |
21K18611
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分14:プラズマ学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
高橋 和貴 東北大学, 工学研究科, 准教授 (80451491)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2023年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2021年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | 液体金属 / 低気圧プラズマ / 揺動 / 運動量放出 / スパッタリング / 磁場揺動 / プラズマ揺動 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，動的挙動を有する液体金属とプラズマが磁場を介して接触する状態を室内実験により構築し，導電性流体と磁場の相互作用，流体と磁場の乱れの発生，磁場の乱れを介したプラズマと導電性流体の相互作用等に関する実験研究を行う．これにより，天体内部の導電性流体が作り出す磁場構造と天体周辺のプラズマ現象を包括するような室内実験の構築へと挑戦する．特に，真空容器内部に3000rpm程度の高速回転が可能な回転駆動機構と低融点金属の加熱機構を設けることで，磁気レイノルズ数が1を大きく超えるような導電性流体を真空中に作り出し，プラズマとの相互作用を誘発しうる天体模擬実験へと挑戦する．
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| 研究成果の概要 |
プラズマと動的な液体金属が共存する室内実験系を構築し，動的な液体金属の乱れ現象がプラズマ内部にまで伝達している可能性を検証した．ここでは，真空容器内部で液体金属容器を3000rpmの高速回転駆動することに成功した．回転周波数の基本周波数および高調波に相当する周波数でコヒーレントな摂動が励起され，その振る舞いが液体金属と固体金属で変化することを明らかにした．また液体とプラズマの相互作用に関して，液体を原料とした電気推進機の基礎研究へと展開し，水原料を用いたスパッタリング推進機の開発と小型の原料供給システムの開発に成功した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
動的な液体金属とプラズマの相互作用は，天体内部の動的液体金属と惑星磁場の相互作用，そして周辺に存在するプラズマとの相互作用に直結する重要物理課題である．本研究で，室内実験において類似した環境を構築することで，惑星物理学の小型室内実験として展開できる可能性が見いだされたため，学術的な意義を有しているといえる．また，この発展研究として液体原料を用いた小型電気推進機の開発に着手し，安定した作動と推力発生を実証した．この成果は，近年開拓が進展する小型衛星を用いた宇宙開発・宇宙産業に対して貢献するものであり，通信網の構築などの展開の可能性がある．従って，社会的意義も大きいといえる．
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