イオンバーストを用いた負イオンを含む多成分プラズマ中のシース構造解析

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Ar/SF6またはXe/SF6混合ガスの直流放電により生成した負イオンを含む多成分プラズマ中において、プラズマ中に挿入したメッシュグリッドにパルス電圧を印加することによってイオンバーストを励起し、ラングミュアプローブおよびファラデーカップを用いてバースト信号の検出実験を行った。一次元モデルを用いた解析的な検討から、バーストのテール部の振る舞い(バースト信号の特徴的な減衰時間)がシース構造を反映する可能性が示唆されたが、実験結果にはイオンと中性粒子間の衝突による減衰等の影響が強く、予想される減衰時間より十分早く信号が減衰してしまった。また、磁化プラズマ中において予備実験を行った結果、励起・受信法を改良する必要があることがわかった。バーストテール部の振る舞いとシース構造の関係を定量的に明らかにするためには、更なる研究が必要である。実験と並行して、グリッド周辺におけるイオン群の時間・空間的振る舞いを調べるために一次元静電粒子シミュレーションコードの開発を行った。負イオンを含む三成分プラズマ中に挿入した負電位のグリッドの周りに形成されるイオンシース、およびそのグリッド電位を急激に取り除いた場合に励起される正イオンバーストは再現されたが、正電位グリッドの場合、空間電位の急激な上昇のため再現されなかった。この困難は電子が正電位に反応して急激にシミュレーション空間から外へ移動してしまうために生じるものであり、シミュレーションの一次元性に起因するものと考えられるため、今後二次元シミュレーションへの拡張が必要となる。