プラズマ中の禁制遷移と四重極遷移のレーザー誘起蛍光法による研究

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05680395
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 尾田 年充 広島大学, 工学部, 教授 (60034550)
• 研究分担者: 川崎 謙 高知大学, 教育学部, 助教授 (00116451) ; 多幾 山憲 広島大学, 工学部, 助教授 (40112180)
• キーワード: ホローカソード放電 / ヘリウムプラズマ / シース電場分布計測 / レーザー誘起蛍光 / 禁制遷移 / 四重極遷移 / 偏光特性 / 準安定原子

研究概要

本研究の目的は、放電プラズマにおいて、電場が存在する領域でシュタルク効果による禁制遷移とこれと競合過程になり得る四重極遷移の関係を解明することにある。具体的な目標として、ヘリウムのホローカソード放電プラズマの陰極暗部と負グロー部において、シュタルク効果による禁制遷移と四重極遷移の関係を実験・理論の両面から明らかにし、この結果をプラズマ中の電場分布計測法に応用する。
本年度の研究成果の概要は以下の通りである。
1.Heガス1 Torr前後の平行平板型ホローカソード放電で、陰極暗部と負グロー部においてレーザー誘起蛍光法を用い、準安定準位2^1 Sから共鳴励起、シュタルク効果による禁制遷移及び四重極遷移にもとずく蛍光を偏光特性も含めて詳細に観測した。
2.上述の禁制励起にもとずく蛍光強度は、その偏光特性も含めてプラズマ中の原子過程の影響を受けるので、衝突放射モデルをもとに、この影響を定量的に解明する手法を開発した。
3.新しい電場分布計測法として、レーザー誘起蛍光の偏光度だけを求めれば電場強度が決定できることを提案してきたが、実際に陰極暗部のシース電場測定に適用し、従来より精度の高い結果が得られることを示した。この方法は、感度較正などを必要といないことも特徴の一つである。測定下限は、プラズマ条件に依存するが、10V/cm程度である。
5.今後は、比較的高密度プラズマの場合、プラズマの微視的電場の影響を補正する手法を開発する。また計測法の適用範囲を広げるため、三重項準位系での実験も行う。

研究成果

• [文献書誌] 古金卯太郎,佐藤国憲,多幾山憲,尾田年充: "Recombination Processes in a Stcady Plasma Flow Penetrating into Hydrogen Gas" J.Phys.D:Appl.Phys.27. 540-546 (1994)
• [文献書誌] 多幾山憲,水野勝弘,勝田忠広,小川俊英,尾田年充: "Numerical investigation of a neutral helium beam as a diagnostic probe in the plasma edges" J.Nucl.Mater.(印刷中). (1994)
• [文献書誌] 多幾山憲,酒井恒,山崎元邦,尾田年充: "Measurement of Density Distribution of Metastable He Atom in a Plane-Parallel Hollow Cathode He Plasma" Jpn.J.Appl.Phys.33 Pt.1. 5038-5045 (1994)
• [文献書誌] 酒井恒,多幾山憲,尾田年充: "Waveform Analysis of Laser-Induced Fluorescence for Metastable Atom Density Measurement in a He plasma" J.Spectrosc.Soc.Japan. 43. 370-375 (1994)