ヘリコン高密度プラズマを用いた先進的無電極電磁加速法開発と物理現象解析

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17H02995
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: プラズマ科学
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 篠原 俊二郎 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 名誉教授 (10134446)
• 研究分担者: 大西 直文 東北大学, 工学研究科, 教授 (20333859) ; 桑原 大介 中部大学, 工学部, 准教授 (60645688)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: プラズマ / ヘリコン波 / 無電極 / 加速

研究成果の概要

電気推進は化学推進と比べ比推力が高く、将来の全電化衛星・惑星軌道間輸送用等、プラズマを用いた電気推進ロケット開発は今後の喫緊の課題である。「はやぶさ」を超える長寿命化と大電力化で行う深宇宙探査も含め、この開発は大きな挑戦と言える。
ここでは、新提案しているヘリコン高密度プラズマ生成と革新的電磁加速を全て無電極で行い、その物理現象解析を先進診断開発と理論・シミュレーションを駆使して行い、新たな知見と最適化によりプロトタイプモデルの構築を目指し以下の多くの成果を得た：世界最小から最大直径の高密度プラズマ生成(0.05-74cm)、新方式（内部と超音速）のガス供給しシステム、回転磁場とm=0加速法。

自由記述の分野

広域プラズマ科学

研究成果の学術的意義や社会的意義

学術的意義は以下：1)プラズマ生成と加速過程での無電極運転実証、2)高密度ヘリコンプラズマ生成機構の更なる理解、3)新提案の先進電磁加速法の発展、4)先端診断開発でのプラズマ特性解析、5)理論・シミュレーションとの比較や異分野統合。
社会的意義は、大電力で高効率の無電極推進（長寿命）は、宇宙産業へのインパクトが大きい。高エンタルピー風洞実験にも活用できる。波及効果として、基礎分野で太陽風プラズマシミュレーション実験、磁気再結合実験やニュートロン源で、応用分野では、超高密度・高速プラズマ流は新材料開発や超高速表面処理等、環境・医療分野ではゴミ焼却、超高速滅菌・殺菌が考えられる。