プラズマ中の電界のレーザー分光法による計測法の開発

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10480103
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 村岡 克紀 九州大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (80038546)
• 研究分担者: BOWDEN Mark 九州大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (10260720) ; 内野 喜一郎 九州大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (10160285) ; 岡田 龍雄 九州大学, 大学院・システム情報科学研究科, 教授 (90127994)
• キーワード: プラズマ / 電界 / レーザー分光法 / シュタルク効果 / 二段階レーザー励起

研究概要

本研究は、シュタルク効果を利用してプラズマ中の電界をレーザー分光法により計測する際の三つの大きな制約、すなわち(1)適用できる粒子種、(2)測定できる電界の大きさ、(3)衝突遷移法での放電圧力下限の存在、を克服することである。それぞれの項目について、以下に示す大きな進展が得られた。
(1)本研究での最大の収穫は、原子種のシュタルク効果により禁制源が現れ、そのスペクトル位置が電界の大きさにより大きく変化することを利用して電界測定ができることが示せたことである。これは学振外国人研究員として11年4月〜12年1月の9ヶ月滞在した分光理論専門家のロシアのガブリレンコ氏が本研究代表者らのアルゴン原子に対するデータを見て発見し、理論計算の糸口を見つけ出し、滞在中に計算を実行して実験値と対比して電界決定を可能にした。(すでに論文がContributions to Plasma Physicsに受理され、またより詳しい論文をPhysical Reviewに投稿中)。
(2)測定できる電界の上、下限を決めている因子について解析し、それは上準位のシュタルク効果の主量子数を選べば1V/mmの電界までも計測可能であることを示した。[プラズマ・核融合学会誌75巻3号(1999),および九大総理工報告21巻3号(1999)に掲載]。
(3)圧力限界を克服するために考察した二段階レーザー励起法について、その原理的可能性を検証する結果を得た。[Japanese Journal of Applied Physics,Vol.39,NO.1(2000)に掲載]。
その他、本方法を用いて放電プラズマのシース構造を解明し[IEEE Trans action on Plasma Science.Vol.27,No.5(1999)に掲載]、また高温プラズマに適用する可能性について検討を深めた。

研究成果

• [文献書誌] J.B.Kim,K,Kawamura,Y.W.Choi,M.D.Bowden,K.Muraoka,V.Helbing: "A Method to Measure Electric Field Strengthes in an Argon Glow Discharge Plasma Using Laser Spectroscopy"IEEE Transactions on Plasma Science. 26・5. 1556-1561 (1998)
• [文献書誌] 村岡克,M.D.Bowden,金 正培,河村清紀,内野喜一郎: "プラズマ中の電界のレーザー分光法による新しい計測法の開発"プラズマ・核融合学会誌. 75・3. 275-285 (1999)
• [文献書誌] 金 正培,幾竹択弥,H.Kim,M.Bowden,村岡克紀: "プラズマ中の電界のレーザー分光法による新しい計測法に関する研究"九州大学大学院総合理工学研究科報告. 21・3. 263-269 (1999)
• [文献書誌] J.Kim,河村清紀,Y.Choi,M.Bowden,村岡克紀: "Studies of a Sheath Structure in an RF Discharge Using Experimental,Analytical and Simulation Approaches"IEEE Transactions on Plasma Science. 27・5. 1510-1515 (1999)
• [文献書誌] M.Bowden,V.Gavrilenko,幾竹択弥,J.Kim,村岡克紀: "Measurements of Electric Fields in a Discharge Plasma Using Laser Optogalvanic Detection of the Stark Effect of Argon Atoms"Contributions to Plasma Physics. (4月号)(掲載決定). (2000)
• [文献書誌] J.B.Kim,T.Ikutake,M.D.Bowden,K.Muraoka,U.Czarnetzki: "Two step Lase Induced Fluorescence:An Enhanced Detection Method of Rydberg-State Species for Electric Field Measurement in Glow Disharge Plasmas"Japanese Journal of Applied Physics. 39・1. 299-300 (2000)