プラズマモデリングの高精度化を目指した電子衝突断面積の精密定量測定

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本申請課題では、より現実に近い半導体プロセスや核融合プラズマの挙動解明のために行われるプラズマモデリングで利用される電子衝突断面積データを定量的に測定・評価することで、より現実に近い高精度なモデリングを目指し、さらに近年利用される理論値の妥当性も合わせて検証することを大きな目的とした。特にプラズマモデリングで重要な電子と気相原子・分子との1回衝突における各散乱過程の積分断面積と運動量移行断面積の定量的な値を得るために、標的の終状態を選別した角度微分断面積を測定してきた。しかしながら、実際の実験において、実験装置の幾何学的制約から測定可能な角度範囲が、低エネルギー領域では約30度から130度に限定され、それ以外の角度は理論計算や実験データのフィッティングによる外挿を用いるのが一般的であり、得られた積分・運動量移行断面積には大きな不確かさが含まれていた。そこで実験的により広角度範囲に散乱された電子を検出、評価するための工夫を重ねてきた。令和２度の新型コロナウィルス感染拡大による入構制限から当初の計画から大幅な遅れが生じ、令和３年度から令和４度にかけて行ったビーム軌道シミュレーションに基づく前方散乱の検出に関する改良とそれに伴う知見、極性分子特有の回転励起を考慮した前方散乱に対する精密な外挿方法を新たに提案し、測定の困難な測定データの慎重に検証を重ねてきた。また令和４度は、より精密な衝突断面積測定の前方散乱、及び後方散乱のデータについての考察・検証の結果をさまざまなプラズマ関連分子へと拡張し、弾性散乱のみならず振動励起や電子励起過程などの比弾性散乱過程対しても、幅広い電子エネルギー範囲に対して当初の目的であった断面積データセットの実験的な評価を行い、いくつかの成果報告を行った。