先進的無電極プラズマ推進機の実現に向けた推力発生機構の解明と性能向上

推力产生机制的阐明和性能改进以实现先进的无电极等离子体推进机

• 批准号: 19J13194
• 负责人: 関根 北斗
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J13194/
• 关键词: 無電極イオン静電加速; 周方向電流計測; 面内無電流仮説; 無電極イオン加速

本年度の前半は，推進機内イオンの静電的加速について研究を行った．2本のマッハプローブを用いて，高い時空間分解能においてイオン流速の時空間分布を計測した．さらにプラズマ中の静電ポテンシャル，密度の時空間分布も，さらに2本のラングミュアプローブを用いることで計測し，イオンが静電的に加速されていること，また強いイオン加速が起こる領域では強いr-z面内電場が自発的に形成されていることを発見した．この成果は国際専門誌Physics of Plasmasへの原著論文としてまとめ，2020年10月に掲載された．また本年度後半は，周方向電流駆動についての研究を行った．3軸の磁気プローブを構築し，プラズマ周方向電流の時空間分布を計測した．また電子温度／プラズマ密度の計測結果と合わせ，周方向電流の要素を解析した．その結果，変動磁場型のスラスタにおいては，従来のヘリコンプラズマスラスタにおいて主要な反磁性ドリフト電流ではなく，電子ExBドリフト電流が卓越していることを明らかにした．また，推進機において周方向は磁場垂直方向であるにも関わらず，周方向電流は磁場平行方向の電気伝導率を用いることでよく表現できることを発見した．この興味深い結果について，無電極推進機ではプラズマソース壁面が絶縁体であるため，r-z面内では無電流条件が満たされるという仮説を立て，この仮説の下では電子が先行実験で見られたような強いr-z面内電場を形成すること，および周方向電流の計測結果をよく説明できることを示した．また，電子流体方程式から導出される電子にかかる力のつり合いを考慮すると，このr-z面内電場が電子／イオンのダイナミクスをカップリングしていることを示している．この成果は国際誌AIP Advancesへの原著論文として掲載され，さらに当誌のFeatured Articleおよび当月号の表紙論文に選出された．

In the first half of the <s:1> of this year に, the research on the acceleration of the <s:1> <s:1> <e:1> <s:1> static electricity in the machine に, に and て て was conducted on を and った. Two books of <s:1> た ッハプロ ブを ブを ブを are used to measure <s:1> た with <s:1> て, high <s:1> time-space decomposition energy にお て て <s:1> <s:1> <s:1> flow velocity <s:1> time-space distribution を. さ ら に プ ラ ズ マ の in electrostatic ポ テ ン シ ャ ル, spatial distribution density の も, さ ら に 2 this の ラ ン グ ミ ュ ア プ ロ ー ブ を with い る こ と で measuring し, イ オ ン が electrostatic に accelerated さ れ て い る こ と, ま た strong い イ オ ン accelerate が up こ る field で は strong い r z が in-plane electric field since 発 に form さ れ て い る こ と を 発 see し た. The original paper in Physics of Plasmas, a journal of international physics, と てまとめ, published in October 2020 に and された. Youdaoplaceholder0 In the second half of this year また, the weekly direction of current 駆 movement に また て て <s:1> research を work った. The three-axis <s:1> magnetic flux プロ ブを ブを was constructed to measure the <s:1> spatiotemporal distribution of the current <e:1> in the プラズ and <s:1> directions. The measurement results of the また electron temperature / プラズ <s:1> density <e:1> meter と combined with わせ, the circumferential current <e:1> element を analysis た た. そ の as a result, the dynamic magnetic field - type の ス ラ ス タ に お い て は, 従 to の ヘ リ コ ン プ ラ ズ マ ス ラ ス タ に お い て main な diamagnetism ド リ フ ト current で は な く, electronic ExB ド リ フ ト current が excellence し て い る こ と を Ming ら か に し た. ま た, pusher に お い て weeks は the direction of the magnetic field vertical で あ る に も masato わ ら ず, weeks は magnetic field parallel to the direction of current direction の electric 気 伝 conductivity を with い る こ と で よ く performance で き る こ と を 発 see し た. こ の tumblers deep い results に つ い て, electrodeless pusher で は プ ラ ズ マ ソ ー ス wall が never try body で あ る た め, r - z in-plane で は が zero current conditions against た さ れ る と い う 仮 said を て, こ の 仮 said の で は electronic が first be 験 で see ら れ た よ う な strong い r z を in-plane electric field formed す る こ と, The をよく measurement result of the current in the および direction をよく indicates that the で る る た とを とを とを とを shows た. ま た, electron fluid equations か ら export さ れ る electronic に か か る force の つ り close い を consider す る と, こ の が electronic/r - z in-plane electric field イ オ ン の ダ イ ナ ミ ク ス を カ ッ プ リ ン グ し て い る こ と を shown し て い る. <s:1> <s:1> achievements された international journal AIP Advancesへ <s:1> original paper と て て published され さらに current journal <s:1> Featured Articleおよび monthly issue <e:1> table paper に selected された

项目成果

Measurement and identification of azimuthal current in an RF plasma thruster employing a time-varying magnetic field

采用时变磁场的射频等离子体推进器中方位角电流的测量和识别

• DOI: 10.1063/5.0029492
• 发表时间: 2021
• 期刊: AIP Advances
• 影响因子: 1.6
• 作者: H. Sekine;H. Koizumi;and K. Komurasaki
• 通讯作者: and K. Komurasaki

電磁加速型無電極プラズマ推進機における静電的イオン加速

电磁加速无极等离子体推进机中的静电离子加速

• 发表时间: 2020
• 作者: 石川聡也;小野寺俊亮;河内卓彌;垣内史敏;関根北斗，小泉宏之，小紫公也
• 通讯作者: 関根北斗，小泉宏之，小紫公也

Electrostatic ion acceleration in an inductive radio-frequency plasma thruster

感应射频等离子体推进器中的静电离子加速

• DOI: 10.1063/5.0020395
• 发表时间: 2020
• 期刊: Physics of Plasmas
• 影响因子: 2.2
• 作者: H. Sekine;H. Koizumi;and K. Komurasaki
• 通讯作者: and K. Komurasaki

Azimuthal Induced Current Formation and Ion Acceleration in an Inductive Radiofrequency Plasma Thruster

感应射频等离子体推进器中的方位感应电流形成和离子加速

• 发表时间: 2019
• 作者: Hokuto Sekine;Hiroyuki Koizumi and Kimiya Komurasaki
• 通讯作者: Hiroyuki Koizumi and Kimiya Komurasaki

Experimental Identification of Azimuthal Induced Current and Ion Acceleration in an Inductive RF Plasma Thruster

感应射频等离子体推进器中方位角感应电流和离子加速的实验识别

• 发表时间: 2019
• 作者: Hokuto Sekine;Hiroyuki Koizumi and Kimiya Komurasaki
• 通讯作者: Hiroyuki Koizumi and Kimiya Komurasaki