| 研究課題/領域番号 |
19H01886
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
占部 継一郎 京都大学, 工学研究科, 助教 (80725250)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | プラズマ / イオン / レーザー分光 / 時空間速度分布 |
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| 研究実績の概要 |
本研究はレーザー誘起蛍光（Laser-induced fluorescence spectroscopy: LIF）法によるイオン流れ計測を連続出力可能な技術に進化させ，最先端プラズマ産業技術の発展に寄与できることを実証することを目的とした研究である．研究代表者独自のアイデアに基づく新たな分光計測実験系の組立・試験を通じてプラズマ計測の高度基盤技術を開発することを目的とし，2020年度も引き続き実験を中心とした研究活動を行った．
2020年度は，（a）テーパードアンプによる励起レーザー光の高強度化と，（b）低気圧環境下（<1Pa）で動作する高密度ECR（Electron Spin Resonance）型プラズマ源の導入，の2点による研究進展があった．昨年度まで用いていた外部共振器型半導体レーザーと誘導結合型プラズマ源の組み合わせでは，真空チャンバー内での光軸調整が困難であり，かつ低気圧領域でのイオン密度不足もありハイスループット化研究への移行に必要なLIF信号強度を得ることができなかった．そこで，（a）＋（b）のシステム変更を決定し，2020年度中に完了した．この変更により，プラズマ材料プロセスを模擬した放電・計測形式において高速計測・空間分解計測への進展に十分なLIF信号強度が得られることが分かった．
また，今後のイオン流れ計測実験に使用する電極を真空チャンバー内に導入し，イオンを電極に引き込んでいる状態でのLIF実験を行った．さらに，連続的なLIF計測時に必要となる経時的な電子・イオン密度（温度）情報を計測するプローブ計測系を構築した．
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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
研究実績の概要に記載した通り，LIF計測実験を安定して行うことが可能なプラズマとレーザー分光の実験システム構築がおおむね完了し，当初計画に沿って研究が順調に推移している．また，研究計画に記載したイオン流れの時空間分解計測について，計測の高速化に向けた分光実験系の要素開発がLIF実験と並行して進んでおり，2021年度の進展に向けた準備も十分である．以上の理由から，上記区分の進捗状況評価とした．
新型コロナウィルス感染症拡大により，2020年度前半はキャンパスへの立入制限や購入機器の納期遅延など様々な問題が発生したが，それらの問題は年度後半にほぼ解消している．今後も成果発表や情報交換に支障をきたすことが考えられるが，実験の進展には大きな問題はないと予想している．
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| 今後の研究の推進方策 |
2021年度は，前年度に導入した（a）テーパードアンプと（b）ECRプラズマ源を 用いたLIF計測実験を引き続き行う．これまで（a）（b）それぞれの動作試験と，イオン流れが無い （等方的運動）バルクプラズマ中のLIF計測試験を行っており，LIF測定に適したプラズマ放電条件を得た．この情報を基にイオン引き込み（流れ制御）実験系を作製し，材料プロセスを想定した交流バイアス電圧によるイオン引き込みと，電気推進器を想定した直流バイアス電圧によるイオン引き込み＋放出を行った状態でのLIF実験を行う．
また，上記と並行して「イオン流れの高速時間分解計測」に注力する．これは，近年のプラズマ計測技術全般に求められるテーマであり，本研究が行うLIF計測においてもこの潮流に沿った研究開発を進めることが肝要である．本研究課題の交付予算で準備できる限りの高速時間分解計測系を構築し，交流バイアスやパルス直流バイアスにより形成されるイオン流れの時間的変動を捉える．
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