レーザー誘起蛍光法を用いた境界層プラズマの原子分子密度分布の計測法の開発

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本研究では、原子・分子密度を計測可能なレーザー誘起蛍光計測システムを開発すること、および、境界層模擬プラズマのイオン・原子・分子密度分布を計測することを目的としている。本年度は計測法の開発と密度分布の計測のために、以下の要素について研究を行った。1.ホローカソード放電管を用いたレーザー吸収分光による波長モニタシステムを構築した。アルゴン準安定原子およびヘリウム準安定原子の遷移波長近傍における吸収分光スペクトルの取得に成功し、レーザー波長のモニタが可能になった。2.実験で求められたホローカソード放電管内部の電子密度分布から導出されるヘリウム準安定原子密度と、レーザー吸収分光法で計測した準安定原子線密度の比較を行った。準安定原子の生成に加えて拡散による損失を評価することで実験結果を説明できる見通しを得た。3.原子密度分布を得る予備実験として、レーザートムソン散乱計測および原子線スペクトル受動分光計測へ衝突輻射モデルを適用することで、境界層プラズマにおける主要な再結合過程の同定を行った。電子密度、電子温度が比較的低い領域では水素分子の振動励起状態を介する再結合が重要な過程となることを実験的に明らかにした。4.二光子吸収励起過程を用いたレーザー誘起蛍光法により、ヘリウム原子の蛍光を観測した。得られた蛍光強度から、1価ヘリウムイオンに本手法を適用するために必要な色素レーザー強度の見積り、および、計測系の問題点の検討を行った。5.二光子吸収励起過程を用いたレーザー誘起蛍光法を1価ヘリウムイオンに適用するため、励起に必要な色素レーザーの調整を行った。また、蛍光波長に適した干渉フィルターと受光光学系の設計を行った。