プラズマおよび大気中の電界のレーザー分光法による計測法の極限的性能の発揮

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12480122
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 村岡 克紀 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 教授 (80038546)
• 研究分担者: MARK Bowden 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 助教授 (10260720) ; 内野 喜一郎 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 教授 (10160285) ; 前田 三男 九州大学, 大学院・システム情報科学研究院, 教授 (80037910)
• キーワード: プラズマ / 気体 / レーザー分光法 / 電界 / 二段階レーザー励起 / シュタルクライダー

研究概要

プラズマおよび大気中の電界のレーザー分光法による計測法の極限的性能の発揮を目指して、本年度は以下の三つの方面からの検討を行い、成果を得た。
(1)今まで、レーザー分光法によって電界が直接正確に計測できる被計測粒子は水素、ヘリウムのみであった。それは、それ以外の粒子種はシュタルク効果の量子力学的計算ができなかったので、何らかの校正が必要であったからである。本研究によって初めて、Arのような複雑な原子もレーザー分光法の対象原子とすることができることを数値計算によって示し、それを実験的に検証した(11項の第1、第3論文として公表)。
(2)二つの二段階レーザーを用いた二段階励起レーザー蛍光法(Two-step laser induced fluorescence,TSLIF)の得失、限界、適用粒子種について検討した。その結果、グロー放電プラズマ、高温プラズマ中の電界測定法としての適用性や優劣を明らかにした。
(3)雷雲下の高い電界をレーザーレーダー手法により適用する可能性は、予備的評価によってH_2OやN_2Oなどの極性分子について10kV/mm程度以上の強い電界ならば計測できることが示してきた。この検討を更に詳細に行うとともに、より低い電界でも測れるようにするために、二光子混合法や高調波発生などの手法の可能性を探求して成果を得た。特にAr原子を三光子励起でリュドベリ準位へ励起する方法の有効性を示した(11項の第2論文として公表)。

研究成果

• [文献書誌] M.D.Bowden,V.P.Gavrilenko,T.Ikutake,J.B.Kim,H.J.Kim,K.Muraoka: "Measurements of Electric Fields in a Discharge Plasma Using Laser Optogalvanic Detection of the Stark Effect of Argon Atoms"Contribution of Plasma Physics. 40・1-2. 113-119 (2000)
• [文献書誌] V.Gavrilenko,K.Muraoka,M.Maeda: "Proposals for Remote Sensing of Electric Fields under Thunderclouds Using Laser Spectroscopy"Japanese Journal of Applied Physics. 39・11. 6455-6458 (2000)
• [文献書誌] V.P.Gavrilenko,H.J.Kim,T.Ikutake,J.B.Kim,Y.W.Choi,M.D.Bowden,K.Muraoka: "Measurements method for electric fields based on Stark spectroscopy of argon atoms"Physical Review E. 62・5B. 7201-7208 (2000)
• [文献書誌] 村岡克紀,前田三男: "Laser-aided Diagnostics of Plasmas and Gases"Institute of Physics Publishing, Bristol UK. 295 (2000)