キャビトンにより生じるプラズマ電気二重層の発生機構に関する実験的研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07680515
• 研究機関: 東海大学
• 研究代表者: 谷川 隆夫 東海大学, 医学部, 助教授 (70207174)
• 研究分担者: 中村 良治 文部省, 宇宙科学研究所, 助教授 (20013708)
• キーワード: キャビトン / プラズマ電気二重層 / ラングミュア擾乱 / イオン・ホール / 共鳴吸収現象 / マイクロ波プラズマ相互作用 / プラズマ非線形現象

研究概要

1.キャビトンとは、プラズマ中の高周波振動(ラングミュア波)の包略ソリトンの一種とも言える局在化したプラズマ非線形波動である。非線形効果(ポンデロモ-ティブ力)により生じる低密度部位に高周波振動が捕捉されていることが特徴である。強いラングミュア擾乱においてはキャビトンが本質的な役割を果たしていることが知られている。
2.密度勾配があるプラズマ中に、低密度側より大出力マイクロ波(周波数3GHz,最大ピーク電力60kW)を短パルス(約1μs)で入射すると、共鳴点(n〜10^<11>cm^<-3>)にキャビトンを生成することが出来る。キャビトン生成に伴い、共鳴点付近に静電電気二重層が発生することを発見した。
3.キャビトンの生成に伴い、その位置付近に浅い負のポテンシャル・ディップが生じる。この負のポテンシャル部位によりバックグラウンドのプラズマ電子が両方向に反射されるようになり、時間の経過とともに電気二重層様のポテンシャル構造に発展することを観測した。
4.上記の課程において、イオン音速程度の速度で移動するイオン・ホール(位相空間中でイオンが局所的に欠如している部分)がキャビトン付近で発生した事を示唆するデータを得た。ポテンシャル構造形成課程における、このイオン・ホールの役割を今後解明して行く予定である。
5.電気二重層のポテンシャル差は、マイクロ波の入射時点から0。5μs経過したあたりでほぼ飽和すること、マイクロ波野ピーク入射電力にほぼ比例することを見出している。
6.1次元粒子モデルによるコンピューター・シミュレーションの結果は、基本的に実験結果と矛盾しない事を見出した。2次元コードに拡張するなどしてより詳細な検討を進める予定である。

研究成果

• [文献書誌] T.Tanikawa: "Double Layer-Like Potential Structures Associated with Cavitons" Proceedings of 1996 International Conference on Plasma Physics. (1997)
• [文献書誌] A.Matsubara: "Enhanced Radial Transport of Electrons Due To the Inwardly-Directed Strong Radial Electric Field in a Magnetized Filamentary Plasma" Proceedins of 1996 International Conference on Plasma Physics. (1997)
• [文献書誌] Y.Nakamura: "Ion-Acoustic Waves in a Multicomponent Plasma with Negative Ions" Plasma Physics and Controlled Fusion. 39(1). 105-116 (1997)
• [文献書誌] 谷川隆夫: "キャビトンとプラズマ電気二重層" スペース・プラズマ研究会. (1997)
• [文献書誌] Y.Nakamura: "Experiments on Ion-Acoustic Solitons in a Plasma" Chaos,Solitons & Fractals. 7(7). 1023-1031 (1996)
• [文献書誌] H.Bailung: "Propagation of Solitary Ion Wavepackets in Multi-Component Plasma with Negative Ions" Chaos,Solitons and Fractals. 7(1). 21-24 (1996)
• [文献書誌] T.Tanikawa: "Double Layer-Like Potential structure in a Microwave-Plasma System" スペース・プラズマ研究会. 53-56 (1995)
• [文献書誌] 谷川隆夫: "スキャニング・リオメータによる電離層加熱実験領域の測定" スペース・プラズマ研究会. 49-52 (1995)
• [文献書誌] Takao Tanikawa: "Relationship between the Dielectric Response Function for Plasmas and the Kramers-Kronig Relations" 東海大学紀要開発工学部. 4. 103-112 (1995)
• [文献書誌] Y.Nakamura: "Solitary Waves in an Ion-Beam-Plasma System" Journal of Plasma Physics. 53(2). 235-244 (1995)
• [文献書誌] P.K.Shukla: "Nonlinear Coupling between Fast and Slow Dust-Acoustic Waves" Journal of the Physical Society of Japan. 64(7). 2278-2281 (1995)