Study on reactions and composition in low-temperature and weak-ionized water plasma for small electric propulsion

小型电力推进低温弱离子水等离子体反应及成分研究

• 批准号: 20K22385
• 负责人: 中川 悠一
• 金额: $ 1.83万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-09-11 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K22385/
• 关键词: 水プラズマ; 低圧弱電離; プラズマ; イオンスラスタ; 電気推進; 小型衛星

本研究の目的は、低圧・弱電離水プラズマの反応機構と組成の解明であった。本年度は特に電子エネルギー分布関数の測定に焦点を当てて研究を実施した。シングルプローブ測定のための測定系の整備を行い、1W級のECRプラズマ源におけるシングルプローブ測定を実施した。測定系のグランド周りの問題を解決し、絶縁処置をしたオシロスコープとバイポーラ電源を用いて、I-Vカーブが取得できることを確認した。特に従来の研究では流入電流量が大きく難しかった小型ECR源で、電流を少なくすることにより測定が実現したことは大きな成果である。ただし、磁場に対して巻き付いている電子の振る舞いが影響する挿入方法になっていることは残存する課題であり、補修面の磁場に対して垂直な成分の影響は精査する必要がある。I-Vカーブを基にエネルギー分布の推定を実施していくことで、ボルツマン分布からの解離度については、予想することができる。一方、本研究の主眼である平行磁場型ECR源については、設計解析の過程で現状のECR源との差異が大きいことが確認され、再設計が必要となった。特にアンテナに依存する電場の形状をよく検討する必要がある。代表研究者の離職に伴い、本研究課題は2020年度をもって終了となった。プローブ測定のメソッドや四重極質量分析器による水プラズマ測定は、研究室所属の学生とともに実施し、メソッドが共有されているため、今後は学生を中心に実施されていく計画である。

这项研究的目的是阐明低压，弱电离水等离子体的反应机理和组成。今年，我们进行了专注于测量电子能量分布函数的研究。维持一个测量系统进行单探针测量，并在1W类ECR血浆源上进行了单探针测量。我们已经确认可以使用孤立的示波器和双极电源获得I-V曲线。特别是，通过减少小型ECR来源中的电流来实现测量，这在先前的研究中很难通过减少电流来实现流入。但是，插入方法仍然是一个问题，会影响包裹在磁场周围的电子的行为，并且必须仔细检查垂直于磁场上磁场的组件的影响。通过基于I-V曲线的能量分布，可以预测与玻尔兹曼分布的分离程度。另一方面，这是本研究的主要重点的平行磁场ECR源被证实在设计分析过程中当前的ECR源之间具有很大的差异，并且需要重新设计。特别是，有必要仔细考虑取决于天线的电场的形状。由于代表研究人员的离开，该研究主题于2020年结束。使用探针测量方法和四极群质量分析仪的水等离子体测量将与属于实验室的学生进行，并且随着方法的共享，该计划将来主要由学生进行。