研究課題
長寿命・大推力な電気推進機として期待されている高周波プラズマスラスターの推進性能改善のためにはスラスター内での中性粒子・イオン・電子といったプラズマを構成する粒子の挙動を把握する各種空間分布計測を開発し、各パラメータを同時計測可能な実験環境の構築を行った。イオン・中性粒子速度分布関数の空間分布計測にはプラズマと非接触で絶対速度が計測できるレーザー誘起蛍光法を採用した。従来法では単点の計測に20分程度掛かってしまい、多くの放電パラメータでの空間分布計測が困難だった。この改善のためレーザー波長をパルス放電の最中に掃引できるように改良を試み、放電内での波長掃引を可能とし単点の計測は1分程度に短縮され空間分布計測が容易になった。また、プラズマの自発光による背景光から誘起蛍光を分離・検出するための高速ロックイン回路を開発し、信号雑音比が約10倍に改善されたため、高速計測や低粒子密度での計測が可能となった。電子密度分布計測では、非接触計測が可能な多チャンネルマイクロ波干渉計を採用した。照射周波数は70 GHz帯とし、4チャンネル送受信機とヘテロダイン高周波回路を開発し、4視線での線電子密度絶対計測システムを完成させた。干渉計はよく用いられるラングミュアプローブ等による電子密度計測と異なり、絶対電子密度が計測できるのが長所だが、視線積分による線平均密度が計測される。プラズマ断面の電子密度を算出するには分布再構成法が必要となるが、多視線であるためより確度の高い再構成が可能となる。また、新しい中性粒子供給法として開発を進めている超音速ガスパフ法があるが、この中性粒子ガスビーム形状評価のための高速シャドウグラフ計測装置も開発を行った。試験段階ではあるが高真空下でガスビーム形状の撮影に成功しており、さらなる分解能向上のため画像処理法の検討を行っている。
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