プラズマ中微粒子群の帯電と協同過程のダイナミクスに関する研究

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微粒子プラズマはプラズマ物理における新領域の媒質であり、その中での波動や不安定性などの動的過程が注目されている。このような微粒子の挙動を考える上で、微粒子の帯電過程の理解は最も重要な課題である。帯電過程の制御と帯電遅延が微粒子ダイナミクスに与える効果の解明が本研究の課題である。(1)カスプ磁場で閉じこめられた高温プラズマ電子成分の制御低ガス圧力、低密度のプラズマ中での微粒子の位置不安定性には電子の速度分布関数が帯電遅延効果に重要な影響を持つことがわかっている。対象とするプラズマはバルクの低温電子と高温成分で構成されている。高温電子成分の温度やその割合を制御し、微粒子の垂直不安定性へのこれらの効果を調べることは、帯電遅延モデルの検証にとって有効である。本課題については現在ほぼ目的が達成されている。すなわち、ダブル・プラズマ装置における陽極と分離グリッドの電位関係の調整により、低電子温度0.55eV、高温電子温度3.2eVにおいて、高温電子の割合いを6から15%と2倍以上にわたって変化させ得ることが明らかになった。この間、他のプラズマパラメータの変化は20-30%程度に留まっている。この成果は学術雑誌応用物理学会欧文誌に掲載された。(2)微粒子の垂直振動減衰過程に関するガス圧力依存性の観測微粒子の垂直振動にはガス分子との衝突による摩擦力が制動力として働くので、その評価は重要である。上方に微粒子を浮遊させた電極にパルス・バイアスを印加して振動を誘起し、その固有振動数と減衰率をレーザー散乱高速イメージ撮影することによって得た。ガス圧力が十分高い領域では中性ガス分子によるエプシュタインの衝突減衰でよく説明できることがわかった。一方、ガス圧力が低い場合には衝突減衰を相殺して不安定になる場合とさらに減衰が加算される二つの場合に分岐することがわかった。これらを帯電遅延モデルで統一的に解釈することを試みている。