| 研究課題/領域番号 |
16540446
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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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 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
赤塚 洋 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 助教授 (50231808)
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| 研究分担者 |
松浦 治明 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 助手 (70262326)
鈴木 達也 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 助手 (70323839)
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| 研究期間 (年度) |
2004 – 2005
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| キーワード | マイクロ波放電 / 電子エネルギー分布関数 / 励起状態数密度 / 衝突輻射モデル / Druyvesteyn分布 / 2温度Maxwell分布 / 希ガス原子線スペクトル / 非線形連立方程式 |
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| 研究概要 |
理論・計算に関する研究から着手し、EEDFに対して2温度分布を仮定し、様々な条件でアルゴンプラズマの励起状態数密度の計算を、衝突輻射モデルにより試みた。その際、低エネルギー側温度、高エネルギーテール温度及び遷移エネルギーの3つをパラメータとして、定常状態における励起状態の数密度増減に関する釣り合いの方程式をたて、励起密度準位数の変化を系統的に検討した。その結果、予想通り、各準位がエネルギーギャップの狭く密集する高エネルギー準位では低電子エネルギー成分が主要な決定成分となり、エネルギーギャップが広い低励起準位の密度分布は主に高エネルギー電子成分により決定されることが判明した。
次に、現在工学上及び工業上注目を浴びている、現有の比較的低気圧でのマイクロ波放電装置を改造し、低気圧放電装置を完成させた。マイクロ波発振器を応用し、表面波プラズマの生成と分光診断実験を行った。低気圧プラズマの安定生成を可能とした後、プローブ計測、分光計測に着手した。解析の容易な希ガスプラズマのEEDF測定をプローブ計測により求めた。アルゴン・ヘリウム・キセノンプラズマを対象とし、放電条件を変えつつ、希ガス原子のスペクトル線強度を測定する。あわせてプローブ計測により電子温度・密度、EEDFを求めた。1Torr以上の高気圧時はDruyvesteyn型の下に凸な分布、それ以下の放電気圧ではおよそ高エネルギー成分にテールを引く2温度Maxwell分布となった。
こうした実験研究と平行して、理論的な研究を行った。すなわち、実験結果を利用してEEDFを求める具体的な計算手続きを検討した。EEDFに対して2温度分布を仮定し、その際に低エネルギー側温度、高エネルギーテール温度及び遷移エネルギーの3つを未知パラメータとして、定常状態における励起状態の数密度増減に関する釣り合いの方程式を立式した。平行して着目すべき励起準位の決定法について検討を加えた。測定した励起状態数密度を代入することで各種電子エネルギーパラメータ及び電子密度をその解として与える非線形連立方程式を作成し、実際に発生したプラズマの診断を実施した。その結果と、プローブ計測やBoltzmann方程式の数値解などと比較検討し、適切な診断結果のえられるような方程式系が確立された。
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