分子線のプラズマ加熱法の開発および高分解能分光学への応用

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昨年度の奨励研究(A)にて試作した高分解能分光用分子線ECR(電子サイクロトロン共鳴)プラズマセルを完成させパルス超音速分子線のECRプラズマ加熱に成功したので報告する。内径10cmのステンレス制共振空洞にマグネトロンからマイクロ波(2.45GHz)を同軸管で横方向から入射した。真空シ-ルに耐熱性テフロン0ーリングを用い120W以上のパワ-入射が出来る。上方フランジのノズルつきプランジャ-でセル内をTE_<111>共振モ-ドに調節した。自動車用燃料噴射バルブを用いたパルス分子線源及び駆動用電源を製作した。繰り返し周期5〜25Hzパルス幅〜3msecで使用し、押し圧1〜2atmのとき真空容器内は0.2〜2mTorrであった。ノズル開閉パルスの4倍周をパワ-アンプで増幅しトランスで昇圧してマグネトロンに印加しノズルに同期して動作させた。ECR用磁場コイルで875Gaussの共鳴磁場をかけた。6インチ油拡散ポンプ及び60m^3/hrのメカニカルブ-スタ-ポンプを用いて高速排気した。共鳴磁場下ではマイクロ波入力20W以上で分子線のECRプラズマが観測された。磁場を20%ずらすと80W入力しても放電開始しない。N_2の分子線ECRプラズマは真空容器の圧力を2mTorr→0.2mTorrと変化させると赤白色→青紫色へと変化する。100mTorr程度で生ずる赤色のマイクロ波放電プラズマとは色が異なる。下流では強い赤色のアフタグロ-が観測された。プラズマの明るさは通常のマイクロ波放電プラズマと大差なく低圧にもかかわらず多数の励起種が生成していることがわかる。実験目的通りの高い電子温度及び低温のイオンや中性分子が得られているかは分子種の検出を行ない確認する必要がある。近赤外半導体レ-ザ-による観測のためホワイト形多重反射光学系を製作した。金コ-トミラ-を用い26往復、有効光路長5.2m以上が可能である。今後高感度な変調法及びパルスに同期したシグナル積算システムを開発し観測を行なって行きたい。