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電磁流体力学発電(MHD発電)は、従来の蒸気タービン方式の火力発電と比較して高い発電効率が期待できるため、世界各国で現在積極的に開発が進められており、よく規模の大きい実証用発電機の設計を行う段階に達している。その際、発電機の性能を的確に予測するためには、チャネル内プラズマの流動状態を理論的に解明する手段を確立しておかなければならない。いっぽう、計算機シミュレーションで現象を予測するためには、基礎となる物理量に関するデータが必要であり、MHDプラズマの場合には電子-中性粒子間衝突断面積のデータが要求される。この衝突断面積はプラズマの導電率に直接関係しており、発電機性能の予測を左右する重要な量であるが、MHDプラズマに近い条件下でこれを実験計に検証した例はない。本研究は、遠赤外レーザー法を実用MHD発電機のパラメータに近い希ガス衝撃波風洞MHDプラズマに適用し、衝突断面積を実験的に評価して、大規模MHD発電機設計用の衝突断面積のデータベースを構築することを目的とする。本研究において、現在までに得られた結果を以下に述べる。
(1)衝撃波風洞では、破膜に伴う機械的振動がレーザー発振およびビーム伝送光学系に悪影響を及ぼす。本研究では、衝撃波風洞(既設)に適用できる防振装置の設計製作と、シアンレーザー(既設)の共振器長を伸ばすことによるレーザー出力の強化を行った。
(2)遠赤外レーザー吸収法による透過率測定では、レーザービームがプラズマ中の電子により屈折され、プラズマ透過後に半径方向に広がるため、透過率を評価するためにはこのビーム広がりの効果を考慮する必要がある。そこで衝撃波風洞の圧力比を変化させて実験を行い、種々のプラズマ条件におけるビーム広がりの程度を系統的に明らかにした。
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