誘導結合型プラズマとレーザーの相互補完的効果とその工学的応用に関する研究

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本年度は、平成17年度に引き続き、不安定に振動するプラズマ気流の診断技術の確立に注力した。開発した診断技術を本研究で開発したレーザープラズマ気流に適用し、その気流特性を明らかにした。その結果、次のことが分かった。1.プラズマ維持部の直径を小さくすることで,エネルギー変換効率が高まることを示した.また,レーザープラズマ風洞を酸素で作動させ,従来の無電極風洞に比べ一桁以上高い淀み圧において,安定に気流を生成できることを実証した.2.レーザー吸収分光法により,気流特性を明らかにした.気流は,レーザー発振源の擾乱とは異なる数百Hzで振動しており,空間的には直径1mm程度の平滑部を有しているものの全体的に非一様であることが分かった.また,気流の比エンタルピーは最大で11MJ/kgに達し,推算される熱流束は100kW級の誘導加熱風洞を上回ることが明らかになった.一方,本研究では主にアルゴンガスを用いているため,比エンタルピーが小さいことや,低出力レーザーを用いており気流直径が小さいことが課題である.3.今後,レーザープラズマ風洞の高出力化を図ることで,純酸素や純二酸化炭素によりレーザープラズマ風洞を作動させて比エンタルピーを高めると同時に,大きな気流の生成が可能になると考えられる.また,レーザープラズマ風洞ではレーザープラズマをクラスター化することで高出力化を図ることができ,空間的に高い自由度で作動ガスを加熱することが可能であることから,他のプラズマ風洞では困難な高度な気流制御が実現すると期待される.以上より,レーザープラズマ風洞は,従来大気圧以下に限られていた無電極プラズマ風洞の作動領域を広げ,TPSの開発や環境問題への取り組みを加速することが期待されると結論付けることができる.