レーザートムソン散乱法による低温再結合プラズマの電子温度・密度計測法の開発

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レーザートムソン散乱法は高温プラズマの電子温度計測として確立された手法であるが,これを低温再結合プラズマに適用するにはいくつかの開発項目がある.ドップラー広がりが小さいためフィルター分光方式を用いることができず,光学系のスループットが小さくなること,及び低密度になると光量が低下すること等である.本研究では高密度のプラズマ生成が可能な上流のチャンバーにトムソン散乱計測系を構築し,昨年度初期結果を得ている.今年度はトムソン散乱計測を再結合プラズマの計測に適用した.作動ガスとしてHeを用い,差動排気を停止することによって上流の電子温度を下げ,下流のチャンバーに水素をパフして上流に水素分子活性化再結合(H_2-MAR)が達成されていく条件を設定し,Heをパフした場合と比較した.電離進行およびH_2-MARプラズマそれぞれのトムソン散乱スペクトルから,レイリーブロックによってマスクされた部分を除きフィッティングによって求められた電子温度は5.8および2.0eVである.一方電子温度および電子密度のガス圧依存性を調べると,ガス導入による中性粒子との非弾性衝突によって電子温度は低下していくが,そのとき,水素ガス導入の場合の密度はヘリウム導入に比べ低く抑えられる.現在のトムソン散乱法システムでは,計測点が1点であるため再結合率の定量評価は単純ではないが,低密度の下流チャンバーにおいて2点間のイオン飽和電流の低下率から定量評価したMARの条件[S. Kado et al.,J. Nucl. Matt.313-316(2003)754]に矛盾しない.今後,プローブでは測定不可能な,より低い電子温度の再結合プラズマの計測を行い,再結合の素過程をより詳細にしらべる予定である.