細線状固体Krを負荷に用いる高速高密度Z放電からの短波長輻射過程の研究

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04680006
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 堀岡 一彦 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (10126328)
• キーワード: 高温・高密度プラズマ / Z放電 / 輻射 / 短パルス / イオン源

研究概要

本研究の目的は、高速放電技術を用いて高エネルギー密度プラズマを形成し、高効率短波長輻射源としての応用の可能性を検討することにある。希ガスなどの純物質を冷却・凝縮させ、放電負荷に用いる。固体からの短パルス放電蒸発・電離過程によりプラズマ形成を行うため、容易に高密度状態を実現できる。また、凝縮物質は微小な放電エネルギーの入力により、容易に蒸発、プラズマ化するため、ポリエチレンなどの高分子化合物からプラズマ形成する場合と比較すると、電気から光への変換効率が格段に改善でき、高純度、高エネルギー密度のプラズマを高効率で形成できる。
高密度領域でZ放電動作せて形成されるプラズマのパラメータを正確にスケーリングするため、テスト放電用の真空容器を製作し、容量4.4μF、最大充電電圧30kVの定格をもつコンデンサーにより高速Z放電を形成した。基本的な電圧・電流特性の他、高速ストリークカメラによる主発光領域の放電挙動の時間空間分布の解析、分光器・高電子増倍管を用いた分光測定による電子密度の時間・空間分解計測を行った。また、Z放電の磁気圧に対してプラズマ圧力の影響が無視できない領域での挙動を調べるため、放電過程を含めたMHDモデルによる数値シミュレーションを行い、Z放電プラズマのダイナミクスを解析した。その結果、本研究の様に比較的高密度領域でZ放電プラズマ形成を行う場合、放電中心軸上で電子密度のピークが形成されるのは、電流層によって駆動される衝撃波が中心軸上に収束、反射することによることがわかった。また、放電領域には磁気圧により収縮する領域と高温プラズマの圧力により膨張する領域があらわれ、プラズマは複雑に時間・空間変化する内部構造を持つことが明らかになった。
また、このような短パルス技術をイオン源に応用することにより、電流密度が高く、高純度で再現性が良いビームを形成できることを実証した。

研究成果

• [文献書誌] K.Horioka et.al.,: "Intense Negative Ion Source for Light Ion Fusion" Prooc.IAEA Meeting on Drivers for Inertial Confinement Fusion. 246-254 (1992)
• [文献書誌] K.Horioka et.al.,: "Formation Procress of Negative Ions in a Magnetically Insulated Diode" 9th Int.Conf.High Power Particle Beams. II. 806-811 (1992)
• [文献書誌] 堀岡一彦: "短パルス放電によるX線レーザの発生と応用" 放電を利用した短波長光の発生とその応用シンポジウム. I. (1992)
• [文献書誌] K.Horioka et.al.,: "Transport Efficiency of Large-Area Electron Beams in a High Power Excimer Laser Cavity" Rec.Abstract of APS(American Phys.Soc.) Division of Plasma Phys.3p24. 1942-1942 (1993)
• [文献書誌] K.Horioka et.al.,: "Pulsed Ion Beams Extracted from Vacuum Arc Ion Source with Double Acceleration Gaps" Proc.10th High Power Particle Beams. (1994)
• [文献書誌] 長谷川純、堀岡一彦: "エキシマレーザー励起用大出力ダイオードの電子ビーム移送効率" 電気学会プラズマ研究会資料. EP-93-39. 37-45 (1993)