非接触プラズマにおける熱・粒子輸送に関する研究

点击翻译按钮获取中文摘要

直線型装置NAGDIS-IIにおいて、広い範囲で中性粒子圧力を変化させるために大容量のマスフローコントローラを増設し、中性粒子圧力を計測するためにバラトロン真空計を新たに整備した。ポンプ前面のゲートバルブを開閉することで排気量を調整し、中性粒子圧力を一定に保ちつつ中性粒子の給排気速度を制御した。プラズマが終端するターゲット板を負にバイアスすることで正イオンの流入に伴う電流を計測し、体積再結合によるプラズマの消滅を調査した。給排気速度が大きい場合と小さい場合を比較したところ、給排気速度が大きい場合に電流が小さくなった。これは給排気によって中性粒子温度が低下し、それに伴い電子温度も低下したことで体積再結合が促進したためと考えられる。本実験を通して、電子温度の下限値を規定する中性粒子温度が給排気という制御手法によって制御可能であることが示唆された。さらに中性粒子温度の低下が電子温度へ与える影響を調査するため、EMC3-EIRENEコードを用いたモデリングを行った。EMC3-EIRENEは中性粒子を含めた3次元のプラズマシミュレーションコードである。本研究では中性粒子の輸送過程を決定する上で重要となるガスの給排気系についてNAGDIS-IIモデルの大幅な改良を行った。モデリングでは中性粒子温度が低い場合に電子温度の大幅な低下が見られた。これは中性粒子温度が低いほどプラズマから中性粒子へのエネルギー輸送が促進したことを示唆しており、実験結果が示す傾向とも一致している。さらに対流的に輸送される熱パルスによって非接触プラズマのエネルギー緩和過程がどのように変化するのかを調査するため、直線型装置Magnum-PSIにおいて実験を行った。初期結果として非接触プラズマ環境下では熱パルスによる熱負荷が増幅する傾向を得た。今後も引き続き、非接触プラズマにおける定常・非定常な熱輸送の調査を行う。