遅波プラズマ導波管の中での逆キャビトンの測定

プラズマを装荷した後進波発振器の実験において、マイクロ波出力が共鳴的に増大する現象が報告されている。本研究では、マイクロ波との相互作用で現れる遅波プラズマ導波管の中でのプラズマ密度・ポテンシャルの変調の測定を行った。以下に、研究の内容を箇条書きに述べ、最後に得られた結果をまとめる。(研究内容)1.遅波導波管モードとプラズマ変調の関係を明らかにするため、色々なサイズの遅波導波管を設計・製作し、それらの分散特性と共振モードおよび電磁界分布を数値計算と空洞共鳴法での測定より詳しく調べた。2.プラズマを含む遅波導波管において、マイクロ波を入射し、プラズマ密度とプラズマポテンシャルの変調に関する測定を行うため、プラズマ密度の定性的な測定法としてよく知られているイオン飽和電流を導波管中心軸上で測定した。この測定は、実験パラメータ(マイクロ波電力、プラズマ密度)を幅広く変化させて行った。3.イオン飽和電流の測定結果をもとに、最も最適な実験パラメータで、ラングミュア・プローブ特性を測定しプラズマ密度とプラズマポテンシャルの変調を詳しく求めた。(まとめ)マイクロ波電力が小さいとき、従来のキャビトンが生成される。マイクロ波電力が大きくなると高周波電界が強い遅波導波管ウエスト部でイオン飽和電流が増大する。高周波電界は導波管共振モードはpiモードと同様の電界分布であった。プラズマ密度とポテンシャルがともに増大しているためで、従来のキャビトン生成の機構ではこの"逆キャビトン"は説明できないことを明らかにした。

プラズマを装荷した後進波発振器の実験において、マイクロ波出力が共鳴的に増大する現象が報告されている。本研究では、マイクロ波との相互作用で現れる遅波プラズマ導波管の中でのプラズマ密度・ポテンシャルの変調の測定を行った。以下に、研究の内容を箇条書きに述べ、最後に得られた結果をまとめる。(研究内容)1.遅波導波管モードとプラズマ変調の関係を明らかにするため、色々なサイズの遅波導波管を設計・製作し、それらの分散特性と共振モードおよび電磁界分布を数値計算と空洞共鳴法での測定より詳しく調べた。2.プラズマを含む遅波導波管において、マイクロ波を入射し、プラズマ密度とプラズマポテンシャルの変調に関する測定を行うため、プラズマ密度の定性的な測定法としてよく知られているイオン飽和電流を導波管中心軸上で測定した。この測定は、実験パラメータ(マイクロ波電力、プラズマ密度)を幅広く変化させて行った。3.イオン飽和電流の測定結果をもとに、最も最適な実験パラメータで、ラングミュア・プローブ特性を測定しプラズマ密度とプラズマポテンシャルの変調を詳しく求めた。(まとめ)マイクロ波電力が小さいとき、従来のキャビトンが生成される。マイクロ波電力が大きくなると高周波電界が強い遅波導波管ウエスト部でイオン飽和電流が増大する。高周波電界は導波管共振モードはpiモードと同様の電界分布であった。プラズマ密度とポテンシャルがともに増大しているためで、従来のキャビトン生成の機構ではこの"逆キャビトン"は説明できないことを明らかにした。