2015 Fiscal Year Research-status Report
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15K13607
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
蓮尾 昌裕 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40218433)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | プラズマ分光診断 / 全反射分光 / プラズマ壁相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
プラズマ粒子の表面近傍での挙動のその場観測は、表面で生じるプラズマ素過程やプラズマ粒子リサイクリングにおける境界条件の理解に重要である。本研究では、プラズマ対向壁を全反射プリズムとし、プリズム表面から光の波長程度のいわゆる近接場光の存在する領域で生じる蛍光のみを分光計測することで、表面近傍のみに存在するプラズマ粒子だけを選択して観測するプラズマ近接場分光法を開発する。
本年度は、ピラミッド型の全反射プリズムをプラズマ対向壁とする真空石英セルを製作し、現有の真空排気装置と接続した。減圧下でのセルの安定性や次年度に予定しているレーザー光入射に問題がないことを確認した。また、プラズマ生成のために高周波電源を購入し、共振コイルを自作するとともにマッチング回路の調整を行い、蛍光灯やスペクトルランプでのICP放電を可能にした。しかし、全反射プリズムセルでのICP放電が出来ておらず、その条件出しを行っているところである。
平行して、電子密度が空間的に一定との仮定の下、原子の原子衝突や電子衝突の平均自由行程が近接場光の存在領域、すなわち光の波長より十分長いという条件にて、原子の速度分布と励起寿命を考慮した近接場プラズマ蛍光のモデル構築を行った。その結果、表面に向かう原子からの近接場蛍光はバルクプラズマと同じ挙動を示すことが予想された。一方、表面から離れる原子からの近接場蛍光は表面での原子反射の挙動を反映し、表面での原子励起状態の変化による近接場蛍光の強度変化は原子速度の表面垂直成分に大きく依存することが予想された。これらの予想は、近接場蛍光が近接場領域のみに存在するプラズマの情報を与えるという直感的解釈とは異なる視点を与えるものである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
原子の原子衝突や電子衝突の平均自由行程が近接場領域より十分長いという条件にて、原子の速度分布と励起寿命を考慮したプラズマ近接場蛍光のモデルを構築し、計算を行った。一方、実験においては、全反射プリズムセルの製作およびICP放電装置の準備が完了した。しかし、両者を組み合わせた放電がまだ出来ておらず、その条件出しを行っているところである。そのため、モデル計算結果と比較できる分光データが得られていない状況である。
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| Strategy for Future Research Activity |
全反射プリズムセルに対するICP放電がうまく灯らない場合に備え、表面での準安定原子の脱励起による非等方速度分布をこれまで観測している厚さ1 mmの薄型グロー放電セルに屈折率マッチングオイルで全反射プリズムをつけたもの（以下、グロー放電全反射プリズム薄型セルと呼ぶ）も準備する。ICP放電全反射プリズムセルもしくはグロー放電全反射プリズム薄型セルにヘリウムガスを導入し、バルクプラズマ蛍光スペクトルとプラズマ近接場蛍光スペクトルを計測する。初年度のモデル計算から予想される近接場蛍光が観測されるかを調べ、モデルの妥当性および表面近傍での原子の挙動を探査する。
次にこれまでのレーザー吸収スペクトル計測の経験から観測対象をアルゴンプラズマとし、全反射プリズムの全反射面に垂直に半導体レーザー光を入射して、1s5-2p6遷移（パッシェン表記、波長763.5 nm、1s5準位は準安定準位）を励起する。励起されたアルゴン原子からの近接場蛍光を観測することで、表面近傍だけの原子を選択して観測する。なお、レーザーの散乱光を避けるため、観測は1s4-2p6遷移（波長800.6 nm）とする。半導体レーザーの電流変調によりレーザー光の波長を掃引し、励起スペクトル形状を分解能フリーで計測する。ドップラー効果を利用したスペクトル形状の解析より、表面への入射粒子と反射粒子の速度分布、および両者の強度比から表面での準安定原子の反射率を評価する。
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| Causes of Carryover |
研究実績に記載したように全反射プリズムセルとICP放電装置を組み合わせた放電がまだ出来ておらず、今年度は分光計測まで進むことが出来なかった。そのため、分光計測時に必要となる光学部品や試料ガスの購入費用を翌年度に繰越すことになった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
グロー放電全反射プリズム薄型セルのための全反射プリズムや分光計測用の集光レンズ等の光学部品、原子励起光源用の半導体レーザー素子、試料ガスに使用予定である。当初購入予定のレーザー波長掃引用の任意信号発生器については、経費節約のためDA変換を介したパソコンによる制御の可能性を探る予定である。
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Research Products
(1 results)
