プラズマ中強結合微粒子群へのテスラ級超強磁場の効果

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12780349
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 金子 俊郎 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30312599)
• Keywords: 強結合微粒子雲 / 超電導コイル・強磁場 / 高周波放電プラズマ / イオンフロー

Research Abstract

(1)現有設備の超電導マグネット(最大磁場強度4テスラ,内直径40cm,長さ40cm)の内側に直線型真空容器(20cm角,長さ60cm)を設置し,真空容器内部に強磁場印加時においても安定な高周波放電プラズマ生成用の高周波電極(直径10cm)と,そこから約3cm上に接地電極(直径10cm)を設置する.接地電極は同心円状に2分割されており,外側の電極は接地,中央の透明電極には外部から直流電位を印加できるようになっている.プラズマはアルゴンガス圧力約100mTorrのもとで,高周波電極に約5Wの電力を印加することによって生成される.そこに,外部から粒径10μmの単分散アクリル微粒子を注入し,プラズマ中に微粒子雲として浮遊させる.微粒子の挙動は,径方向からレーザーを微粒子雲に照射し,その散乱光を上方向からCCDカメラで撮影して解析する.
(2)中央の透明電極に負電位を印加し,垂直方向に磁場を印加したところ,数100ガウスから微粒子雲は水平面上でサイクロトロン運動と同じ方向に回転を始め,数テスラまでの磁場強度の増加とともに回転速度が速くなることが明らかになった.また,その回転方向,速度は透明電極電位に依存しており,電位を正にしていくことによって次第に回転速度が減少し,ある閾値で回転方向が逆転することが分かった.
(3)この時,微粒子が浮遊している領域でのプラズマ密度及び浮遊電位の半径方向分布を測定したところ,透明電極電位の変化に伴い浮遊電位の半径方向勾配が顕著に変化することが観測された.また透明電極電位の変化により,プラズマ中のアルゴン正イオンフローの向きが周方向で変化しており,それが微粒子雲の回転方向と一致していることも観測されている.以上の結果から,(2)で観測されたテスラ級の強磁場下での微粒子雲の回転運動は,アルゴン正イオンがプラズマ中の半径方向密度,電位勾配により加速,減速されることでフロー方向が変化し,それが微粒子に衝突することで微粒子を駆動しているためであると考えることができる.

Research Products

• [Publications] T.Kaneko: "Effect of Plasma Parameter Profiles on the Rotation of Fine-Particle Cloud"Proceedings of the Plasma Science Symposium 2001. P2-63. 403-404 (2001)
• [Publications] S.Shimizu: "Rotation Control of Fine-Particle Clouds in a Magnetized RF Plasma"Proceedings of the Plasma Science Symposium 2001. P2-62. 401-402 (2001)
• [Publications] 清水慎也: "磁化高周波放電プラズマ中に浮遊する微粒子雲の回転運動"プラズマ核融合学会第17回年会予稿集. 27pA14P. 81-81 (2000)
• [Publications] T.Kaneko: "Formation Triggered by Field-Aligned Electron Acceleration Due to Electron Cyclotron Resonance Along Diverging Magnetic Field Lines"IEEE Transactions on Plasma Science. 28・5. 1747-1754 (2000)
• [Publications] T.Kaneko: "Fine Structure of Plasma Potential Formed by Local ECR in a Magnetic-Mirror Field"Proceedings of the International Congress on Plasma Physics. JP1.113. 146-146 (2000)