2光子レーザ誘起蛍光法と粒子解析によるECRプラズマ源の電離機構の解明

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前年度に明らかになった準安定中性粒子からの間接電離による磁場閉じ込め領域外の異常プラズマ生成を説明するために、更にマイクロ波電界の数値計算も実施した。具体的には、基底と準安定の中性粒子からそれぞれの電離レートを仮定し、プラズマの拡散方程式を解き、プラズマ密度分布を推測した。そして、プラズマ密度分布中でのマイクロ波電界分布を調べるべく、マイクロ波電界に関する準1次元ヘルムホルツ方程式を新たに提案した。得られたマイクロ波電界分布を過去に計測された結果と比較した。その結果、マイクロ波電界は数値計算と実験結果で良い一致を示し、準安定からの間接電離が存在しないと本スラスタの推進剤流量に対する推力応答は説明できないことが分かった。以上の成果を基に、提案したヘルムホルツ方程式を基に、マイクロ波の伝送線路である導波管の内径を拡大し、高いプラズマ密度分布中でもマイクロ波が伝搬できる、つまりカットオフ密度向上が期待できることを提案した。実際に作成し実験を行ったところ、導波管内にプラズマがよく生成されている流量レンジにおいて、推力の向上が確認された。