格子状微粒子渦流の駆動とその動的特性

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11480105
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 飯塚 哲 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20151227)
• 研究分担者: 平田 孝道 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (80260420) ; 佐藤 徳芳 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40005252)
• キーワード: 微粒子プラズマ / ダストプラズマ / クーロン結晶 / イオンドラグ力 / 微粒子雲 / 渦流 / スピン / 常磁性

研究概要

磁界印加によって駆動される格子状微粒子渦流の駆動機構を明らかにした。また、単一微粒子の磁界中における挙動を明らかにした。
(1)微粒子挙動を詳細に観測するための実験系を構築した。磁界は2つのヘルムホルツ型コイルによって、2kGまでの一様磁界を微粒子浮上電極と垂直に印加する。また、実験装置を超伝導磁石中に配置することにより、4Tまでの磁界中における微粒子雲の集団的挙動を解析できるようになった。
(2)微粒子の磁界による集団的な回転運動と放電構造との関係を明らかにするために、密度勾配を制御するためのリング状プラズマ生成装置を開発した。微粒子の水平面上での集団的回転方向は、サイクロトロン運動するイオン流の方位角方向の流束に依存することが明らかになった。
(3)さらに、リング状分割型陽極の電位制御によりプラズマ中の半径方向電位勾配を変化させ、サイクロトロン運動するイオンの方位角方向の運動エネルギーを変化させることにより回転方向が制御できることが分かった。
(4)上記2つの結果から、イオンの反磁性ドリフト電流に起因するイオンドラグ力が微粒子雲の方位角方向の回転駆動機構として働いていることが明らかになった。
(5)微粒子の個々の運動を観測・解析するために、大きな微粒子を浮上させる電子シャワー法を開発し、50μm程度までの球形ガラスバルーン微粒子の浮上が可能となった。スピンを伴う回転運動の存在が観測され、外部磁界印加によるスピン微粒子の回転軸の変化、並びに常磁性的な微粒子の性質が明らかになった。

研究成果

• [文献書誌] N.Sato,G.Uchida,H.Horiguchi,T.Kaneko and S.Iizuka,: "Fine particles in strongly-magnetized plasmas"The 8th Workshop on the Physics of Dusty Plasmas. 66 (2000)
• [文献書誌] N.Sato,G.Uchida,T.Kaneko and S.Iizuka,: "Fine particle dynamics in low pressure dc discharge plasmas"The 8th Workshop on the Physics of Dusty Plasmas. 76 (2000)
• [文献書誌] N.Sato,G.Uchida,T.Kaneko,and S.Iizuka: "Dynamics of fine-particle clouds in plasmas"Int.Topical Conf.on Plasma Physics : Colloidal Plasma Science. 14 (2000)
• [文献書誌] G.Uchida,S.Shimizu,T.Kaneko,S.Iizuka,and N.Sato: "Control of rotational motions of fine particle clouds confined in a weakly-magnetized dc discharge plasma"11th Int.Toki Conf.on Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion "Potential and Structure in Plasmas". 155 (2000)
• [文献書誌] G.Uchida,S.Iizuka and N.Sato: "Control of fine-particle flow in a plasma by applying external electric field"Proc.of 17th Symp.on Plasma Processing. 617-620 (2000)
• [文献書誌] G.Uchida,S.Iizuka and N.Sato: "Potential-driven fine-particle behaviors in a dc discharge plasma"Int.Congress on Plasma Physics. 5 (2000)