| 研究課題/領域番号 |
16K06898
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| 研究機関 | 明石工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
梶村 好宏 明石工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (20403941)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 磁気シールド / 宇宙環境 / 磁気セイル / 環状電流 / 六ホウカランタン / 熱陰極 / プラズマ源 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、宇宙飛行士や衛星を宇宙放射線から守るための磁気シールドの検討において、プラズマ噴射によるリングカレント形成によって強化させる手法を実験によって実証するものである。
平成28年度は、3次元数値シミュレーションを実施し、宇宙放射線のエネルギー、コイルの磁気モーメント、宇宙機周辺に形成するリングカレントの大きさをパラメトリックに変更し、宇宙機内部（半径2mの空間）に突入する宇宙線の個数を評価した。その結果、コイル(半径=2[m],電流=127[A])が作る磁気シールドに加え、リングカレント(半径=10[m],電流=200[A])を形成した場合、280[MeV]に相当する高エネルギーの宇宙線に対して、磁気シールドとして機能（シールドが無い場合と比較して突入宇宙線を90％防御できることを機能する基準とした）することがわかった。このことは、コイル及びリングカレントを用いて宇宙線を防御できることを示した結果であり、実験に先駆けて実証できたことは非常に有益である。また、この時の、太陽風から得られる推力について、コイル磁場のみの場合、0.000394[μN]の推力が得られ、リングカレント(半径=10[m],電流=200[A]) を形成した場合、0.0159[μN]の推力が得られることがわかった。
次に、真空チェンバー実験への準備については、磁気シールド強化を行うためのリングカレント形成用のプラズマ噴射源を新たに設計、製作し、生成されたプラズマの密度や温度などの測定を中心に実験を実施した。その結果、kWオーダーの電力規模でプラズマを生成できることを確認した。このことは、リングカレント生成のためのプラズマ源が低電力で動作可能であることを示した結果で、次年度の実験に向けた重要な成果である。
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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
平成28年度は、3次元数値シミュレーションを実施し、宇宙放射線のエネルギー、コイルの磁気モーメント、宇宙機周辺に形成するリングカレントの大きさをパラメトリックに変更し、宇宙機（半径2mの空間）に突入する宇宙線の個数を評価した。一方、本結果は、静磁場に対して解析を行った結果であり、次年度は宇宙線が作る磁場やリングカレント自身が形成する磁場の影響を自己矛盾なく解く手法で解析を行い、さらに精度を向上させる必要がある。真空チェンバー実験への準備については、磁気シールド強化を行うためのプラズマ噴射源を新たに設計、製作し、生成されたプラズマの密度や温度などの測定を中心に実験を実施し、当初の計画以上に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の研究の計画については、宇宙線と磁気シールドの数値シミュレーションにおいて、イオンの粒子効果を考慮し、イオン電流による磁場も自己無撞着に解く３次元ハイブリッドプラズマ粒子ツールを用いて解析を実施し、平成28年度に得られた結果と比較し、シールド性能を評価した結果の妥当性を確認し、実験に向けたパラメータセットを算出する。また、リングカレント生成のためのプラズマ生成源について、プラズマ生成時のパラメータとして、流量、熱陰極（LaB6）への通電電流、陽極電圧、放電室形状などを変化させた際のプラズマパラメータの測定を行い、より効率の良い動作パラメータを把握する。次に、コイル近傍からプラズマを噴射し、リングカレントを形成した状態で、コイル近傍のプラズマの密度、温度の分布や、磁束密度の分布を測定する。最終的には、宇宙線（太陽風など）を作用させる実験を行い、その時のコイル内に突入する粒子数や粒子エネルギーの計測を行い、磁気シールドの性能を評価すると同時に、推力の測定をロードセルによって計測し、推力発生機能を兼ね備えた磁気シールドの性能と実現性についてまとめる。
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