強結合電子泡プラズマの形成と特性に関する実験的研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10878071
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 道下 敏則 京都大学, 総合人間学部, 助手 (00166050)
• 研究分担者: 湯山 哲守 京都大学, 総合人間学部, 助手 (90026815)
• キーワード: 電子泡 / 電界放射型電子銃 / ペニング型電極 / 液体ヘリウム / ブリルュアン限界 / 非線型現象 / プラズマ / ポンデラモーティヴ力

研究概要

本研究は、電界放射型 (Fieid Emission)電子銃をもちい液体ヘリウム (^4He-I,-II) 中に多数 (【greater than or equal】10^<10>個程度) の電子を注入し、多くの電子泡群の形成を行ない、12Tの超伝導磁場装置とペニング型閉じ込め電極を用いて電子泡群を捕捉、閉じ込め、非線型現象などをはじめとするその特性を研究することを目的としている。
液体^4He内で電子泡の捕捉、閉じ込めには、非中性プラズマにおいてその有効性を確認したペニング型電極型を用いて行う。このため、等ポテンシャル面を形成する電極をコンピューター制御施盤で加工し、表面を金メッキを施した電極を制作した。この電極により、最小半径1cm、磁場方向に約2cmの回転双曲体領域が形成される。さらに、超流動状態の実現のため、12テスラの磁場領域の排気装置(ブースタポンプおよび油回転ポンプ)を設置した。
超高磁場中で電界放出型電子銃から液体ヘリウムへ有効に入射するためのシステムの製作を行なった。試作した電子銃は電界研磨法を用いて尖端半径5μm以下のW線針と100μmのスペースをもつ銅メッシュの構造を持ち、液体^4He中で約1μA(10^<13>個/s)の放出電流を得ている。その電流電圧特性はFowler-Nordheimの公式によく一致した。
解析では、電子泡の実効質量が100m_<He>程度の場合に、12Tの磁場中のBrillouin限界で決定される電子泡群の密度は10^<13>m^<-3>程度になることが示された。
また、真空中での電子集団の非線型的な振る舞いもあわせて研究を行ってきた。この結果、ヒステレシス現象、分岐現象さらにはカスケード的な波動の励起現象などが観測された。これらの実験はプラズマの有限長を考慮したポンデラモーティヴ力による解析結果によく一致することが明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] A.Mohri,H.Higaki,H.Tanaka,Y.Yamazawa,M.Aoyagi,T.Yuyama,T.Michishita: "Confinement of Nonneutral Spheroidal Plasmas in MuHi-Ring Electrode Traps"Jpn.J.Appl.Phys.. 37,2. 664-670 (1998)
• [文献書誌] T,Michishita: "Monte-Carlo Simulatiouon Moderation of Positrous in Rare-Gas Solids"Jpn.J.Appl.Phys.. 37・11. 6253-6261 (1998)
• [文献書誌] A,Mohri,Y.Yuyama,Y.Kiwamoto,Y,Yamazawa,T,Micheshita: "Confinement of Nouneutral Plasma in a Trap Composed of a Cuspod Magnetic Field an Electrostatic Octapole Field"Jpn.J.Appl.Phys.. 37・12. L1553-L1555 (1998)
• [文献書誌] Y.Yamazawa and T.Michishita: "Hysteresis Effect on the Resonance Response of Nouneutral Plasma Waves"J.Plasma Fusion Res.SERIES. 1. PIII-16 (1999)
• [文献書誌] Y.Kiwamoto,K.Ito,A.Saupei,A.Mohri,Y.Yuyama,T.Michishita: "Accelerated Merging' of Electron Vortices in Background Vorticitg"J.Phys.Soc.Jpu.. 68・12. 3766-3769 (1999)