負イオン磁化プラズマ中フローシアー不安定性の体系的解明

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磁化プラズマ中に自己励起する電子反磁性ドリフト波不安定性が,正イオンの沿磁力線フロー速度シアー(平行シアー)及び負イオン種の導入から受ける影響を実験的に観測した.具体的な成果を以下に記す.1.熱電子源を前年度の六硼化ランタン(LaB_6)塗布型からタングステン(W)直熱型熱陰極に改良し,前年度よりも高い負イオン交換率n_-/n_+を有するプラズマ中でのドリフト波実験を可能にした.2.負イオン交換率が10%を超える領域においては,さらなる負イオンの導入が平行シアー変調ドリフト波の成長率を減少させることを初めて実験的に観測した.さらに,負イオン交換率が50%を超えると,波動は完全に抑制され,プラズマが安定化することを観測した.3.負イオン交換率に依存せず,平行シアーにより波動は抑制されることを観測した.4.ドリフト波の軸方向波数は極めて小さく,プラズマ物理研究の初期段階よりその測定の困難さが問題となってきたが,今回Y型プローブによる新たな波数評価法を提案し,その手法により実際の軸方向波数k_<ll>/2πが0.5〜1m^<1>であることを検出した.5.米国West Virginia大学で開発されたΓ型プローブを導入し,ドリフト波の周方向モードを観測した.その結果,周方向モードは平行シアー及び負イオン交換率に依存せずに常にm=3であることが明らかとなった.6.実験的に観測した軸方向波数及び周方向モードの値を用いて,波動の成長率及び周波数の理論値を計算した結果,実験において観測されたドリフト波の平行シアー・負イオン交換率依存性は,運動論的線形不安定性の理論でほぼ説明されることが明らかとなった.7.上述の実験とは逆の平行シアー強度を与えた場合,D'Angeloモードなる流体不安定性が励起されることが1960年代より予測されているが,そのモードが本実験系では励起されないことを発見した.