| 研究概要 |
本研究は,プラズマ流の形成とその応用研究にとって重要な電磁加速機構を明らかにし,磁気ノズル効果を利用した電磁加速プラズマ流生成の最適化とマッハ数制御法の開発を行うことを目的として行われた.特にラバール型磁気ノズル形状に注目し,プラズマ流中の電磁加速力場の直接観測を行い,この結果と流速計測結果とを比較することで,各種磁場配位時における電磁力場形成と加速効果に対する効果について詳細な観測を行い,以下に示す成果を得た.
1.高密度プラズマ流生成装置MPDA出口部に局所ラバール型磁気ノズルを重畳することにより,イオンの熱エネルギーが軸方向の流れのエネルギーに変換され,磁気ノズル下流部でのプラズマ流速及びイオンマッハ数が増加し,マッハ数が1以上の超音速プラズマ流の形成に成功した.
2.このラバール型磁気ノズルが印加された際の流速,イオン温度,イオンマッハ数の各パラメータについて1次元等エントロピー流モデルとの比較を行い,実験結果は理論と定性的に一致していることが明らかとなった.またノズル形状の変化に伴い,急激にマッハ数が減少してしまうような衝撃波的挙動も観測された.
3.磁気プローブアレイを用いてMPD出口近傍に形成される電磁加速力場を直接計測した.MPD出口近傍では反磁性効果が強く,外部磁場コイルで形成される磁場が弱まり自発的に収束型の磁力管が形成されていること,そのため方位角方向の電流と径方向磁場の相互作用によって軸方向加速を妨げる制動力が存在することを実験的に明らかにした.
4.この問題点を解決するため,局所的に強い発散型磁場配位を重畳することで外向きの径方向磁場を形成し,軸方向の制動力が加速力に変換された結果,大きくプラズマ流速が増加する結果を得た.
以上の成果により,プラズマ流に作用する電磁力の分布を外部磁場形状で直接制御しうること,その結果プラズマ流加速制御が可能であることを実験的に示し,その手法を明らかにすることが出来た.
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