クーロン力相互作用可視化のためのプラズマ中微粒子クーロン結晶形成装置の開発

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【具体的内容】本研究では、プラズマ中に導入したアクリル微粒子を、レーザーで捕捉することに世界で初めて成功した。まずは、微粒子プラズマ生成装置を作成した。顕微鏡に外径70mm高さ30mmの真空装置を設置し,リング型の放電電極と装置中央に設置した接地メッシュ電極間で、平行平板型RF放電を発生した。このとき用いたガスはArガスである。また装置底部は、捕捉用レーザーを照射するため、石英窓を設置、装置上部は、観察用照明を照射するための窓を設置した。装置上部からミクロンサイズのアクリル微粒子を投入して、リング電極中央のプラズマシース境界領域付近でクーロン結晶が形成されたことをCCDカメラで確認した。また、ガス圧力や放電電力により、浮上微粒子群が液相から結晶相への相転移が確認された。微粒子がプラズマシース中に浮上しているときに、50倍の対物レンズから赤外線レーザーを浮上微粒子に照射して、微粒子を捕捉することに成功した。【意義】顕微鏡とプラズマ装置を組み合わせたプラズマ中クーロン結晶観測装置を作製し、クーロン結晶の形成を確認した。また浮上微粒子にレーザーを照射して微粒子を捕捉した。作製した装置を用いて、クーロン結晶の動的ダイナミクスが解析可能であり、学生実験用のクーロン相互作用を視覚的に観測可能であり、有効な教育教材として期待できる。【重要性】この結果は,クーロン結晶の動的ダイナミクス解析を可能にして、微粒子プラズマ物理の発展に寄与することを示す。