時空間変動磁場下の微粒子プラズマの物理挙動解明と電磁加速型無電極推進への影響調査

时空变化磁场下颗粒等离子体物理行为的阐明及其对电磁加速无极推进的影响研究

• 批准号: 22K14027
• 负责人: 古川 武留
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14027/
• 关键词: 無電極高周波プラズマスラスタ; 回転磁場加速法; 磁気ノズル; 微粒子プラズマ; レーザー誘起蛍光法; 発光分光分析法; プローブ計測; 電気推進機; 高周波プラズマ生成

無電極高周波型スラスタの一つである回転磁場（Rotating Magnetic Field: RMF）を用いた無電極追加加速法の性能向上に向けた運転条件の最適化と，実利用における微粒子プラズマの挙動を鑑みたRMF法によるプラズマ加速効果を評価することを本研究課題の目的とする．本年度は，まず内直径30 mmを有する段付き放電管を使用したRMFスラスタ模擬装置の設計・制作に取り組んだ．当該模擬装置における電磁石コイルを使用した磁気回路による発散磁場条件と，高周波電源によるプラズマ生成条件を確認した．またRMF駆動用電源系統の配線等のセッティングを行い，放電中のRMF磁場印加も確認した．現在当該小型RMF装置おけるRMF駆動時におけるプラズマ加速効果を，計測実験により評価中である．特に先行研究から，RMF回転周波数やRMF磁場強度はRMF加速効果と磁場浸透効果にとって重要であることがわかっており，当該小型装置における検証を推進している．中部大学桑原准教授所有の内直径100～170 mmのテーパ形状を有する比較的大口径のRMF駆動試験装置にて，RMF加速効果の計測実験による評価を進めた．イオンマッハ数の2次元分布計測やダブルプローブ法による電子密度計測に加えて，レーザー誘起蛍光法によりRMF駆動時軸方向におけるイオン流の2次元速度ベクトルを取得し，RM駆動によるスラスタ排気方向速度増加を確認した．RMFによるイオン加速効果に加えて，高いプラズマ密度の増加も，プローブ探針法により得た．これら計測結果から，プラズマ圧力増大に伴う圧力勾配の増大が見られ，これによる高い軸方向加速効果を検証した．これらから，RMF加速法の実現に向けたスラスタサイズのスケーリング測導出に向けた知見を得つつあるが，今後更なるRMF駆動条件変化の依存性検証が期待される．

我们优化了操作条件，以提高无电极高频推进器之一的使用旋转磁场（RMF）的无电极附加加速方法的性能，并考虑了实际使用中颗粒等离子体的行为的目的。本研究项目的目的是评估RMF方法的等离子体加速效果。今年，我们首先进行了使用内径30毫米阶梯式放电管的RMF推进器模拟器的设计和生产。我们确认了模拟装置中使用电磁线圈的磁路引起的发散磁场条件和使用高频电源的等离子体生成条件。我们还设置了RMF驱动电源系统的接线，并确认了放电过程中RMF磁场的应用。我们目前正在通过测量实验评估这种小型RMF设备中RMF驱动期间的等离子体加速效果。特别是之前的研究表明，RMF旋转频率和RMF磁场强度对于RMF加速效应和磁场穿透效应很重要，我们正在利用这种小型装置推动验证。我们利用中部大学桑原副教授拥有的锥形内径为100~170mm的较大直径RMF路测装置，通过测量实验对RMF加速效果进行了评估。除了使用双探针法测量离子马赫数的二维分布和测量电子密度外，我们还使用激光诱导荧光获得了RMF驱动过程中离子流轴向的二维速度矢量方法，并计算了由于 RM 驱动而导致的推进器排气方向速度的增加，我证实了这一点。除了RMF带来的离子加速效应之外，使用探针探针方法还获得了高等离子体密度增加。这些测量结果表明，压力梯度随着等离子体压力的增加而增加，我们验证了由此引起的高轴向加速度效应。从这些结果中，我们获得了计算推进器尺寸比例以实现RMF加速方法的知识，并且我们希望在未来进一步验证RMF驱动条件变化的依赖性。

项目成果

Ion Flow Velocimetry in Radio Frequency Plasma Thruster Using Additional Rotating Magnetic Field Acceleration Method

使用附加旋转磁场加速方法的射频等离子体推进器中的离子流测速

• 发表时间: 2022
• 作者: Takeru Furukawa;Daisuke Kuwahara;Shunjiro Shinohara
• 通讯作者: Shunjiro Shinohara

Investigation of ion acceleration in electrodeless plasma thruster using rotating magnetic field acceleration method

采用旋转磁场加速法研究无电极等离子体推进器中的离子加速

• 发表时间: 2022
• 作者: Takeru Furukawa;Daisuke Kuwahara;Shunjiro Shinohara
• 通讯作者: Shunjiro Shinohara

回転磁場プラズマ加速を用いた無電極電気推進におけるイオン流速評価

利用旋转磁场等离子体加速评估无电极电推进中的离子流速

• 发表时间: 2022
• 作者: M. Kisaki;K. Nagaoka;J. Slief;Y. Haba;R. Nakamoto;K. Tsumori;H. Nakano;K. Ikeda;M. Osakabe;波場泰昭;Y. Haba;波場泰昭;Y. Haba;Y. Haba;古川武留，桑原大介，篠原俊二郎
• 通讯作者: 古川武留，桑原大介，篠原俊二郎