動重力効果を用いたプラズマ電位の新しいプローブ測定法の開発

プラズマ中アンテナに大振幅高周波(rf)電場を印加すると,アンテナ近傍の低エネルギー電子は,動重力効果によりアンテナから押し返されることが知られている^*.本研究では,この効果を利用してプラズマ電位が測定できる可能性を探っている.直流的に絶縁したダブルプローブの芯線間にrf電圧V_<rf>を印加すれば(浮遊プローブによる孤立電場発生),動重力(時間平均のマックスウェル応力)により電子がプローブ先端から反射されるので,プローブ電流を零にするよう自己形成される静電シースが不要となり,プローブの浮遊電位がプラズマ電位を横切って上昇すると思われる.動重力効果に起因する初期的な実験結果を得るために,下記の方法を実施した.直流熱陰極放電で生成された高エネルギー電子の少ないプラズマ空間に,バランを通して絶縁された浮遊プローブ先端を配置した.プローブ先端に電子プラズマ周波数前後のV_<rf>を印加した.アルゴンガス圧力10Paの場合,プラズマパラメータは,密度n_e〓10^8cm^<-3>,電子の低温成分T_e〓3 eVである.V_<rf>を印加しない場合の浮遊電位V_<foff>は,V_<foff>〓-15 V[〓-0.5T_e{1+ln(m_i/2πm_e)}]となっている.V_<rf>が大きくなるにつれて,励起周波数20MHzの場合は,V_<fon>が徐々に減少し(-ΔV_f=V_<foff>-V_<fon> ∝V_<rf>^2),500MHzでは,V_<rf>の閾値を超えると急激に増加している.これら周波数による結果は,それぞれrf電場Eによる加熱(-ΔV_f ∝ T_e/e ∝ V_<rf>^2)と動重力のプラグ効果(0.5ε_0E^2【greater than or equal】n_eT_e)に起因していると思われる.プローブ先端におけるパワーバランスなどの定量的な議論は,報告書に記述する.*N.Y.Sato et al.,J.Phys.Soc.Jpn.,64(1995)4198.

プラズマ中アンテナに大振幅高周波(rf)電場を印加すると,アンテナ近傍の低エネルギー電子は,動重力効果によりアンテナから押し返されることが知られている^*.本研究では,この効果を利用してプラズマ電位が測定できる可能性を探っている.直流的に絶縁したダブルプローブの芯線間にrf電圧V_<rf>を印加すれば(浮遊プローブによる孤立電場発生),動重力(時間平均のマックスウェル応力)により電子がプローブ先端から反射されるので,プローブ電流を零にするよう自己形成される静電シースが不要となり,プローブの浮遊電位がプラズマ電位を横切って上昇すると思われる.動重力効果に起因する初期的な実験結果を得るために,下記の方法を実施した.直流熱陰極放電で生成された高エネルギー電子の少ないプラズマ空間に,バランを通して絶縁された浮遊プローブ先端を配置した.プローブ先端に電子プラズマ周波数前後のV_<rf>を印加した.アルゴンガス圧力10Paの場合,プラズマパラメータは,密度n_e〓10^8cm^<-3>,電子の低温成分T_e〓3 eVである.V_<rf>を印加しない場合の浮遊電位V_<foff>は,V_<foff>〓-15 V[〓-0.5T_e{1+ln(m_i/2πm_e)}]となっている.V_<rf>が大きくなるにつれて,励起周波数20MHzの場合は,V_<fon>が徐々に減少し(-ΔV_f=V_<foff>-V_<fon> ∝V_<rf>^2),500MHzでは,V_<rf>の閾値を超えると急激に増加している.これら周波数による結果は,それぞれrf電場Eによる加熱(-ΔV_f ∝ T_e/e ∝ V_<rf>^2)と動重力のプラグ効果(0.5ε_0E^2【greater than or equal】n_eT_e)に起因していると思われる.プローブ先端におけるパワーバランスなどの定量的な議論は,報告書に記述する.*N.Y.Sato et al.,J.Phys.Soc.Jpn.,64(1995)4198.