| 研究課題/領域番号 |
15H05770
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
小紫 公也 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (90242825)
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| 研究分担者 |
坂本 慶司 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 六ヶ所核融合研究所 核融合炉材料研究開発部, 部長(定常) (90343904)
今井 剛 筑波大学, 数理物質系(名誉教授), 名誉教授 (80354637)
白石 裕之 大同大学, 工学部, 教授 (50273272)
大西 直文 東北大学, 工学研究科, 教授 (20333859)
森 浩一 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (90375121)
葛山 浩 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (80435809)
小田 靖久 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂核融合研究所 ITERプロジェクト部, 研究員(定常) (60512209)
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| 研究期間 (年度) |
2015-05-29 – 2020-03-31
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| キーワード | 航空宇宙工学 / エネルギー全般 / プラズマ / 放電 / レーザー |
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| 研究実績の概要 |
主に３つの研究テーマに並行して取り組み、以下の成果を得た。
1)レーザー放電爆轟波の１次元伝播実験：高速度カメラを用いた空気中のレーザー放電爆轟波の観測を行った結果、レーザービーム径を7mm以上に拡大すると、放電伝播速度がレーザー強度に対して一意に定まることを発見した。これまでに世界で行われた空気中のレーザー放電の実験例と比較して最も高い伝播速度を示すものであり、２次元的な散逸効果を排除することに成功したと考えられ、今後の１次元計算シミュレーションで再現すべき貴重なデータが得られた。
2)ミリ波放電爆轟波の１次元伝播実験：筑波大学が開発した28 GHzジャイロトロンを用い、圧力容器内で絶縁破壊閾値よりも数桁低いミリ波強度領域で放電実験を行ない、伝播速度計測および放電プラズマ形状の撮影を行った。これまでに報告されている４分の１波長間隔のプラズマフィラメント構造の他に、それとは異なる特徴的な３つのプラズマ構造が観測された。構造変化とミリ波強度、あるいは伝播速度の関係は興味深く、今後考察が必要であろう。
3)ミリ波・レーザー放電シミュレーションコードの開発と検証：ミリ波放電二次元数値計算を行った結果、ビームと垂直方向に等間隔に並ぶプラズモイドのピッチは、ミリ波の入射はと反射波の干渉で生じる空間的なわずかな強弱に従って決定されることが示唆された。まだ、実験で使われたミリ波強度で計測された伝播速度を再現することには成功しておらず、電離モデルの改良が課題である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
既存のレーザー、ジャイロトロンを用いた放電実験と、それらを再現する数値計算モデルの見直しは順調に進んでいる。実験結果と計算結果を定量的に比較するためには、純粋な１次元伝播での比較が望ましいが、レーザー放電では、その１次元伸展を実現する実験条件を見出した。ミリ波放電では、３次元のプラズマの複雑な構造が空間的にわずかな電界の強弱で生じていることが分かった。このことと同時に、３次元構造が伝播速度にそれほど影響を与えていないことも示唆された。
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| 今後の研究の推進方策 |
これらの放電実験と計算シミュレーション結果との比較検証を踏まえて、レーザー放電とミリ波放電に共通する、主として電離モデルの問題点を浮き彫りにしてきている。今後は、絶縁破壊臨界強度よりも低い強度の電磁波ビーム内で放電が維持される新しい電離モデルについて、計算と実験の両面から定量的に検証を進める。
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