磁気ノズルによる電磁加速プラズマ流のマッハ数制御とその応用

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14208046
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 犬竹 正明 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90023738)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐宗 章弘 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (40215752) ; 服部 邦彦 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (90261578) ; 安藤 晃 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90182998) ; 吉沼 幹朗 核融合科学研究所, 助手 (20323058)
• Keywords: 磁気ノズル / プラズマ加速 / マッハ数 / 電磁加速 / MPD / HITOP

Research Abstract

本研究では、これまでのプラズマ電磁加速実験研究成果を踏まえ、種々の計測器を準備しプラズマ流の詳細な計測によって電磁加速機構を明確にするとともに、磁気ノズル効果を利用した電磁加速プラズマ流生成の最適化とマッハ数制御法の開発を行うことを目的としている。
本年度は、MPDアークジェット出口近傍における流れ場、電磁加速力場の実験的評価と磁気ラバールノズルによるプラズマ加速実験を行った。この流れ場や電磁加速力を評価するために分光法による流速測定ならびに新たに磁気プローブアレイを製作し磁場の空間分布を測定した。その結果、一様磁場を外部印加すると、強い反磁性効果のため自発的に収束型の磁気ノズルが形成され、誘起された径方向磁場と反磁性電流の相互作用が軸方向加速を妨げる制動力として作用することを明らかにした。発散型磁場を印加すると、正味の径方向磁場が内向きから外向きに移行し自発的にラバールノズルが生成されて、収束ノズルから発散ノズルに移行する際に軸方向の制動力が加速力に変換されることがわかった。さらにMPDアークジェット出口付近に小型の磁場コイルを設置し、磁気ラバールノズルを形成しプラズマ加速を試みた。その結果、熱エネルギーが流れのエネルギーに変換されマッハ数の上昇が確認され超音速流の生成に成功した。

Research Products

• [Publications] M.Inutake: "Magnetic-nozzle Acceleration and Ion Heating of a Supersonic Plasma Flow"Transaction of Fusion Science and Technology. 43・1T. 118-124 (2003)
• [Publications] A.Ando: "Macroscopic Behavior of a Supersonic Plasma Flow in a Divergent Magnetic Mirror"Transaction of Fusion Science and Technology. 43・1T. 130-132 (2003)
• [Publications] H.Tobari: "Evaluation of Electromagnetic Forces in an Axially-magnetized MPD Arcjet Plasma"Proc. of 11^<th> International Congress on Plasma Physics. 475. 152-152 (2002)
• [Publications] M.Inutake: "Magnetic Laval-nozzle Effect on a Magneto-plasma-dynamic Arcjet"Proc. of 11^<th> International Congress on Plasma Physics. 481. 153-153 (2002)
• [Publications] M.Inutake: "Characteristics of a Supersonic Plasma Flow in a Magnetic Nozzle"Journal of Plasma and Fusion Research. 78・12. 1352-1360 (2002)
• [Publications] H.Otsu: "Numerical Investigation of High-Enthalpy Flows Generated by Expansion Tube"AIAA Journal. 40. 2423-2430 (2002)