• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2023 年度 実績報告書

低気圧プラズマと動的液体金属流体の相互作用による天体模擬実験

研究課題

研究課題/領域番号 21K18611
研究機関東北大学

研究代表者

高橋 和貴  東北大学, 工学研究科, 准教授 (80451491)

研究期間 (年度) 2021-07-09 – 2024-03-31
キーワード液体金属 / 低気圧プラズマ / 揺動 / 運動量放出 / スパッタリング
研究実績の概要

前年度まで開発を進めた高速回転可能な液体金属回転駆動系と高周波プラズマ源を設置した真空容器内部において,ラングミュアプローブのイオン飽和電流の揺動計測を引き続き実施し,真空容器外部に設置したソレノイドコイルの電流,すなわち外部印加磁場強度を変化させて,揺動のパワースペクトル密度の計測を実施した.固体金属を回転した場合には,比較的広範な磁場強度範囲で,回転周波数およびその高調波に対応する周波数で揺動が観測された.基本周波数における揺動強度を評価したところ,液体金属を回転した場合には,揺動強度が増加する磁場強度範囲が限定されることが実験的に明らかになり,動的液体金属の不安定性がある磁場強度のみで誘起され,その情報がプラズマ中へと伝搬していることが示唆されたといえる.
以上の結果より本研究では,真空状態を保持した状態において最大3000回転/分の速度で高速回転が可能な駆動系を開発し,動的液体金属とプラズマが接触する実験系を構築することに成功した.さらに密度揺動評価を実施し,外部磁場中の動的液体金属に誘起される揺動が,低気圧プラズマと液体金属の接触面を介してプラズマ中へと伝搬していることが明らかになり,天体現象で観測されるようなパラメータ領域が大きく異なる媒体の接触を室内実験で模擬しうる実験装置を開発した.今後の詳細な揺動評価と物理現象の理解を進める予定である.
また,本実験を進める過程で,金属からのスパッタリングによって運動量放出が起こることが明らかとなっており,液体原料を用いた放電維持とスパッタリングによる運動量放出で,小型電気推進機開発が可能になるという着想に至っている.そこで,液体原料を放電維持燃料としたスパッタリング方式電気推進機の開発を進め,安定した推力が得られることを実験的に示した.

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Temporally resolved measurement of a force induced by a pulsed water-fueled magnetron sputtering source2024

    • 著者名/発表者名
      Sota Shimizu, Kazunori Takahashi
    • 雑誌名

      Journal of Plasma Physics

      巻: in press ページ: -

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Comparison of vacuum-immersed helicon thrusters terminated by upstream magnetic and physical walls2023

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Takahashi
    • 雑誌名

      Journal of Physics D: Applied Physics

      巻: 56 ページ: 475207~475207

    • DOI

      10.1088/1361-6463/acef36

    • 査読あり
  • [学会発表] Electron beam extraction from an inductively coupled radiofrequency plasma source2024

    • 著者名/発表者名
      Kodai Kikuchi, Kazunori Takahashi
    • 学会等名
      ISPlasma2024/IC-PLANTS2024/APSPT-13
    • 国際学会
  • [学会発表] 水燃料スパッタリング推進機に関する室内実験2024

    • 著者名/発表者名
      清水颯太,高橋和貴
    • 学会等名
      2023年度宇宙輸送シンポジウム
  • [学会発表] Performance assesment of a pulsed gaseous water-fueled magnetron sputtering source for a compact electric propulsion device2023

    • 著者名/発表者名
      Sota Shimizu, Kazunori Takahashi
    • 学会等名
      The second International Fusion and Plasma Conference (iFPC 2023) and the 13th International Conference on Open Magnetic Systems for Plasma Confinement (OS 2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] Operating a magnetron sputtering electric propulsion device with a pulsed gaseous water propellant2023

    • 著者名/発表者名
      Sota Shimizu, Kazunori Takahashi
    • 学会等名
      7th Asia-Pacific Conference on Plasma PHysics
    • 国際学会
  • [学会発表] 小型電気推進システムの開発~Water-Fueled Sputtering Propulsion~2023

    • 著者名/発表者名
      清水颯太,高橋和貴
    • 学会等名
      第40回 プラズマ・核融合学会 年会
  • [学会発表] Fundamental studies and applications of magnetic nozzle plasma2023

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Takahashi
    • 学会等名
      International Conference on Phenomena in Ionized Gases XXXVth edition,
    • 国際学会 / 招待講演

URL: 

公開日: 2024-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi