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。

本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，我们的研究重点是测量电子能量分布函数。我们准备了用于单探头测量的测量系统，并使用 1W 级 ECR 等离子体源进行单探头测量。我们解决了测量系统中围绕接地的问题，并确认可以使用绝缘示波器和双极电源获得 I-V 曲线。特别是，这是一项重大成就，因为我们能够通过减少电流来测量小型 ECR 源，这在以前的研究中由于流入电流很大而很难实现。然而，问题仍然存在，插入方法受到磁场周围电子行为的影响，并且需要仔细检查垂直于磁场的分量对修复表面的影响。通过根据 I-V 曲线估计能量分布，可以根据玻尔兹曼分布预测解离程度。另一方面，对于本研究重点的平行磁场型ECR源，在设计分析过程中确认与现有的ECR源存在较大差异，需要重新设计。特别是，需要仔细考虑取决于天线的电场形状。由于代表性研究员的离职，该研究项目于2020年结束。探针测量方法和使用四极杆质谱仪的水等离子体测量是与实验室的学生一起进行的，由于方法是共享的，因此预计学生将成为未来的主要关注点。