パルス放電法による加圧超流動液体ヘリウム中の極低温プラズマの測定

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08680499
• Research Institution: NIIGATA UNIVERSITY
• Principal Investigator: 南 一男 新潟大学, 工学部, 教授 (00023135)
• Keywords: 液体ヘリウム / パルス放電 / 線スペクトル / シュタルク広がり / 超流動 / マルチ・チャンネル検出器 / 強結合プラズマ / 電子泡

Research Abstract

本年度は、最終年度であるので、主に研究結果のとりまとめをおこなった。温度4.2度以下、1気圧の液体ヘリウム及び4.2度付近の極低温気体ヘリウムの中での高電圧パルス放電後に出来たプラズマについて、時間分解した分光測定を行なった。中性のヘリウム原子の線スペクトルはパルス放電後の早い時期には、大きなシュタルク広がりがあって、これによってプラズマ密度を求めた。その結果、0.2マイクロ秒後には3×10の18乗/CCに達していた。電子温度は、線と連続スペクトルの強度比から求めた。0.2マイクロ秒後に35,000度であった。これらを用いてクーロン結合係数を計算すると、約0.1となり、常温ヘリウム気体中での値の5倍程度で、中程度の強結合プラズマ得がられた。中性のヘリウム原子の線スペクトルに加えて、430及び395ナノメータ付近で、広がりを伴なわない強い線スペクトル列を観測した。前者は、2原子ヘリウム分子の回転振動励起準位間の遷移であると同定した。後者は、既存の文献に報告例がなく、また、理由も現在のところ分からない。これらの線スペクトル列は、77度(液体窒素温度)あるいは常温の気体ヘリウム中での同じ条件での放電プラズマでは観測されない。急速に冷却されるプラズマ周辺部では弱電離プラズマであり、基底準位の原子が豊富に存在するので、2原子ヘリウム分子が発生して430ナノメータ付近の分子発光が起こる。一方、高電離プラズマである中心部からは、シュタルク広がりを伴なう単原子発光が起こると結論した。
液体ヘリウム中で放電プラズマを発生させて測定したのは、本研究が最初であり、1997年第23回電離気体国際会議(フランス、ツールーズ市)で招待講演となった。

Research Products

• [Publications] W.Qin, K.Minami: "Measurements of High Density Plasmas after Pulsed Discharges in Liquid Helium" Journal de Physique,France. (印刷中). (1998)
• [Publications] W.Qin, K.minami: "Emission Spectra from Pulsed Discharges in Liquid Helium" Jpn.J.Appl.Phys.Part 1. 36巻7A号. 4474-4480 (1997)