Elucidation of Non-equilibrium Arc Cathode Spot Movement Phenomenon Toward Establishment of Ultrafast Oxide Layer Removal Method in Atmospheric Pressure

今年度は「初期圧力と磁束密度変化時におけるイオン分布の数値解析と観測」と題し、令和３年度の成果を駆使し，研究を行った。具体的には、２温度１流体とT-F理論を考慮した３次元電磁熱流体解析手法を確立し，初期圧力と磁束密度変化時におけるイオン分布の数値解析、並びに、陰極点の移動のシミュレーションを行った。また，陰極点の移動を制御する電流発生回路と磁界印加装置，バンドパスフィルタ，ハイスピードカメラ、多点分光技術を用いた計測手法を確立し，初期圧力と磁束密度変化時における陰極点の移動時の電子温度やイオン温度を算出するための計測と計算を行った。結果として、２温度１流体とT-F理論を考慮した３次元電磁熱流体解析手法を確立ができ，初期圧力と磁束密度変化時におけるイオン分布の数値解析、並びに、陰極点の移動のシミュレーションを行うことが可能となった。また、多点分光技術を用いた計測手法を確立することができ，初期圧力と磁束密度変化時における陰極点の移動時の電子温度やイオン温度を算出するための計測と計算陰極点の非平衡性と動きには、何かしらの相関があることが示唆された。また、AIを活用したシミュレーションの高効率化やデジタルツイン化に向けた取り組みを行った。これは、PCの性能だけでは、これ以上の計算の高速化が図れないためである。この点についても、学習に時間がかかるものの、チューニングがうまくいけば、計算時間が2/3になる知見を得た。ただし、精度はまだまだ低いため、今後も取り組みをしていく予定である。なお，研究の推進において、陰極点の移動を制御するためのパルス電流発生回路と磁界印加装置が、従来より性能が向上していないという課題が生じた。今後、さらに回路を検討していく。

今年度は「初期圧力と磁束密度変化時におけるイオン分布の数値解析と観測」と題し、令和３年度の成果を駆使し，研究を行った。具体的には、２温度１流体とT-F理論を考慮した３次元電磁熱流体解析手法を確立し，初期圧力と磁束密度変化時におけるイオン分布の数値解析、並びに、陰極点の移動のシミュレーションを行った。また，陰極点の移動を制御する電流発生回路と磁界印加装置，バンドパスフィルタ，ハイスピードカメラ、多点分光技術を用いた計測手法を確立し，初期圧力と磁束密度変化時における陰極点の移動時の電子温度やイオン温度を算出するための計測と計算を行った。結果として、２温度１流体とT-F理論を考慮した３次元電磁熱流体解析手法を確立ができ，初期圧力と磁束密度変化時におけるイオン分布の数値解析、並びに、陰極点の移動のシミュレーションを行うことが可能となった。また、多点分光技術を用いた計測手法を確立することができ，初期圧力と磁束密度変化時における陰極点の移動時の電子温度やイオン温度を算出するための計測と計算陰極点の非平衡性と動きには、何かしらの相関があることが示唆された。また、AIを活用したシミュレーションの高効率化やデジタルツイン化に向けた取り組みを行った。これは、PCの性能だけでは、これ以上の計算の高速化が図れないためである。この点についても、学習に時間がかかるものの、チューニングがうまくいけば、計算時間が2/3になる知見を得た。ただし、精度はまだまだ低いため、今後も取り組みをしていく予定である。なお，研究の推進において、陰極点の移動を制御するためのパルス電流発生回路と磁界印加装置が、従来より性能が向上していないという課題が生じた。今後、さらに回路を検討していく。