実験室プラズマで解き明かす非接触ダイバータの構造形成過程と非定常ダイナミクス

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(1)水素分子活性化再結合プラズマ(MARプラズマ)の生成を目指し、水素プラズマに対する水素二次ガス導入実験を行った。MARプラズマ形成時に特有の傾向である電子密度のロールオーバーと電子温度の単調減少を確認した。それを受けて、(a)水素バルマー系列線強度比(Hα/Hβ)および(b)イオン交換反応率の圧力応答計測を実施した。(a)においては、解離性付着を伴うMAR(DA-MAR)に特有のHα光の選択的な増加は見られなかった。そのため、観測されたロールオーバーがイオン交換を伴うMAR(IC-MAR)に由来する事が示唆された。そこで、分光計測と静電プローブ計測を組み合わせてイオン交換の反応率を評価した。その結果、イオン交換の反応率が最大となる圧力が電子密度が最大となる圧力と対応している事が判明した。IC-MARはDA-MARと異なり直接的な検出指標を持たないが、IC-MARの進展を裏付ける結果を得る事に成功し、その手法も確立する事ができた。(2)Retarding field analyzer(RFA)を用いて磁力線に平行な方向と垂直な方向のイオン温度を同時に導出する手法を開発した。イオン案内中心とラーマー半径の大きさによって生じる速度の選択性を利用する事で2方向のイオン温度を計測する手法である。DT-ALPHAを用いて本手法の原理実証に取り組んだ。ヘリウムプラズマを対象にRFAとIon sensitive probe (ISP)を用いた計測を行った。RFAとISPから求めた垂直方向イオン温度は良好な一致を示し、提案した手法の妥当性を確認する事ができた。体積再結合が強く進展するプラズマではイオン温度に非等方性が生じる可能性があり、それぞれを独立に計測する必要がある。本研究によって、単一の計測器を用いて単一の放電から異なる2方向のイオン温度を同時に得る事が可能となった。