Elucidation and control of the physical and chemical mechanisms governing the spatio-temporal structure of detached recombining plasmas

複数の分子イオン種を持つ水素同位体プラズマを対象とするため、流体コードを多流体（3流体）化し、ボーム条件などの境界条件やイオン種間同士の衝突をシミュレーションコードに組み込んだ。背景中性粒子として水素分子のみを与えた場合は、電子温度は1 eV以下に減少せず，電子－イオン再結合による非接触再結合プラズマの形成されないことが分かった。また、水素分子密度を増加するとプラズマを構成するイオン種が水素イオンH^+から水素分子イオンH_3^+に変化する。背景中性粒子として水素原子を導入すると、水素原子と水素イオンの荷電交換過程による運動量損失が優位となり、非接触再結合プラズマの形成が確認された。また，シミュレーションコードのプラズマモデルに熱流束制限効果を実装した。熱流束制限効果は，熱を運ぶ電子の平均自由行程長λが温度変化の特性長Lを大きく超える場合に発生する。λ≫Lの場合，熱流束は温度勾配にほぼ依存しなくなる。粒子・運動量・熱収支の一次元流体方程式を数値的に解くことで、直線型装置NAGDIS-IIのヘリウムにおける非接触再結合プラズマ形成に対して，熱流束制限効果の重要性が示された。水素同位体の非接触再結合プラズマ生成を行う上で求められるプラズマの高密度化のために，水素プラズマ放電特性の調査を行い、その安定化と高密度化について調べた。放電電圧の上昇にともない放電は不安定化する。放電電圧はある水素ガス圧で極小値を示し，いわゆるパッシュン特性を示した。しかし放電電圧が最小となるガス圧は単純に放電部ガス圧では決定されず，放電部ガス圧とプラズマテスト領域の上流ガス圧のバランスによって決定される。最適化された条件で重水素放電を実施し，レーザートムソン散乱を用いて計測を行い，非接触再結合プラズマ実験に必要な10^19 /m^3以上の高密度プラズマが生成可能であることを明らかにした。

複数の分子イオン種を持つ水素同位体プラズマを対象とするため、流体コードを多流体（3流体）化し、ボーム条件などの境界条件やイオン種間同士の衝突をシミュレーションコードに組み込んだ。背景中性粒子として水素分子のみを与えた場合は、電子温度は1 eV以下に減少せず，電子－イオン再結合による非接触再結合プラズマの形成されないことが分かった。また、水素分子密度を増加するとプラズマを構成するイオン種が水素イオンH^+から水素分子イオンH_3^+に変化する。背景中性粒子として水素原子を導入すると、水素原子と水素イオンの荷電交換過程による運動量損失が優位となり、非接触再結合プラズマの形成が確認された。また，シミュレーションコードのプラズマモデルに熱流束制限効果を実装した。熱流束制限効果は，熱を運ぶ電子の平均自由行程長λが温度変化の特性長Lを大きく超える場合に発生する。λ≫Lの場合，熱流束は温度勾配にほぼ依存しなくなる。粒子・運動量・熱収支の一次元流体方程式を数値的に解くことで、直線型装置NAGDIS-IIのヘリウムにおける非接触再結合プラズマ形成に対して，熱流束制限効果の重要性が示された。水素同位体の非接触再結合プラズマ生成を行う上で求められるプラズマの高密度化のために，水素プラズマ放電特性の調査を行い、その安定化と高密度化について調べた。放電電圧の上昇にともない放電は不安定化する。放電電圧はある水素ガス圧で極小値を示し，いわゆるパッシュン特性を示した。しかし放電電圧が最小となるガス圧は単純に放電部ガス圧では決定されず，放電部ガス圧とプラズマテスト領域の上流ガス圧のバランスによって決定される。最適化された条件で重水素放電を実施し，レーザートムソン散乱を用いて計測を行い，非接触再結合プラズマ実験に必要な10^19 /m^3以上の高密度プラズマが生成可能であることを明らかにした。