| 研究課題/領域番号 |
15340196
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
プラズマ科学
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
安藤 晃 東北大学, 大学院工学研究科, 教授 (90182998)
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| 研究分担者 |
犬竹 正明 東北大学, 大学院工学研究科, 教授 (90023738)
服部 邦彦 東北大学, 大学院工学研究科, 助手 (90261578)
市邨 真 筑波大学, 数理物質科学研究科, 助教授 (10151482)
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| 研究期間 (年度) |
2003 – 2005
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| キーワード | 宇宙推進機 / 電気推進機 / 高速プラズマ流 / プラズマ加熱 / プラズマ加速 / 磁気ノズル / VASIMR / HITOP |
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| 研究概要 |
本研究は、高速で移動するプラズマ流中のイオンを効率よく加熱し、さらに磁気ノズル配位を用いることで流れ方向のエネルギーに変換する手法を確立することを目的として行われた。プラズマ理工学及び核融合研究が培ってきた技術を有効に生かし、次世代の高性能な宇宙推進システムである推力可変型推進機を実現させることを目指した研究である。高速で移動するプラズマ流のイオン加熱法や磁気ノズルを用いたエネルギー変換手法など多くの解決すべき課題に対し詳細な研究を行い,以下に示す重要な成果を得た。
1.ヘリカル型励起アンテナを用い、イオン加熱に有効なm=-1のシアアルヴェン波を効率よく励起することが出来、特に低密度領域で急激なイオシ加熱が高速プラズマ流中で引き起こされていることを反磁性コイルによって確認した。
2.イオン-イオン同士の粒子間衝突による効果やプラズマ流によるドップラー効果、中性ガス密度による影響などが観測され、有効にイオン加熱を起こすための知見を得た。
3.100eV近くまで加熱されたプラズマ中のイオンは、下流部の発散型磁気ノズル部で流れ方向にエネルギーを変換されることが実験的に確認され、印加した高周波の入力電力の増減によりプラズマ流の流れエネルギーを直接制御できることを世界で初めて実験的に示すことに成功した。
4.さらに、磁気ノズル配位中ではプラズマ中にイオンを加速する方向に電場が発生することを実験的に確かめ、噴出するイオンの速度分布関数を直接観測した。磁場によるエネルギー変換だけでなく電場による効果もプラズマ加遠にとって重要であることが示唆された。
以上、本研究により高性能宇宙推進機の基盤技術となるイオン加熱による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。さらに高速プラズマ流中のイオン加熱と推進力への変換システムを確立し、その高性能化にとって重要な多くの知見を得た。
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