プラズマ中強結合微粒子群へのテスラ級超強磁場の効果

特斯拉级超强磁场对等离子体中强耦合粒子的影响

• 批准号: 12780349
• 负责人: 金子 俊郎
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12780349/
• 关键词: 強結合微粒子雲; 超伝導コイル・強磁場; 高周波放電プラズマ; イオンフロー; イオンドラグ力; 超電導コイル・強磁場

(1)現有設備の超電導マグネット(最大磁場強度4テスラ,内直径40cm,長さ40cm)の内側に直線型真空容器(20cm角,長さ60cm)を設置し,真空容器内部に高周波電極(直径10cm)と,そこから約2cm上に接地電極(直径10cm)を設置する.接地電極は同心円状に2分割されており,外側の電極は接地,中央の透明電極には外部から直流電位を印加できるようになっている.高周波放電アルゴンプラズマを生成し,そこに,外部から粒径10μmの単分散アクリル微粒子を注入し,プラズマ中に微粒子雲として浮遊させる.微粒子の挙動は,径方向からレーザーを微粒子雲に照射し,その散乱光を上方向からCCDカメラで撮影して解析する.(2)昨年度の実験結果から,垂直方向に磁場を印加し,中央の透明電極に電位を印加することで,微粒子雲が水平面上で剛体回転を始め,その回転方向,速度が透明電極電位に依存していることが分かっている.(3)本年度は先ず,この微粒子雲回転運動の磁場強度依存性を観測した.その結果,磁場の増大とともに回転速度は増加していくが約1テスラで最大になり,その後は磁場の増大とともに回転速度は減少し次第に飽和していくことが,テスラ級の強磁場を印加することによって初めて明らかになった.(4)次に,アルゴンガス圧力を変化させて(3)と同様に磁場強度依存性を観測したところ,ガス圧力の増加とともに微粒子雲回転速度が最大になる磁場強度が正にシフトしていくことが分かった.これらの結果は,微粒子雲の回転がアルゴンイオンとの衝突により駆動され,そのアルゴンイオンの衝突時の運動量がイオンサイクロトロン周波数とイオン-中性ガス衝突周波数との関係で決まるためと考えられる.微粒子雲回転速度が最大になる時,これらの周波数がほぼ一致していることも明らかになった.(5)微粒子雲に衝突するイオンの軌道をモデル化し,微粒子雲回転速度の数値計算を行ったところ,ほぼ実験結果と一致し,テスラ級強磁場中での複雑な微粒子雲の回転機構を説明することができた.

（1）在现有超导磁体（最大磁场强度4特斯拉，内径40cm，长40cm）内部安装线性真空容器（20cm见方，长60cm），高频电极（直径10cm）并接地约其上方 2 厘米。安装电极（直径10厘米）。接地电极分为两个同心圆，外侧电极接地，中央透明电极可从外部施加直流电势。产生高频放电氩等离子体，从外面看，粒径为 10 μ m 个单分散丙烯酸颗粒以颗粒云的形式注入并悬浮在等离子体中。通过用激光从径向照射颗粒云并用 CCD 相机从上方拍摄散射光来分析颗粒的行为 (2)。从去年的实验结果来看，垂直方向已知，通过沿 方向施加磁场并向中心透明电极施加电势，粒子云开始在水平面上刚性旋转，旋转的方向和速度取决于透明电极电势（3. ）今年，我们将首先研究该粒子云旋转运动的磁场强度依赖性。结果，旋转速度随着磁场的增加而增加，在大约1特斯拉时达到最大值，然后随着磁场的增加而减小，并通过施加磁场而逐渐达到饱和。 (4) 接下来，当我们改变氩气压力并以与(3)相同的方式观察磁场强度依赖性时，我们发现随着气体压力的增加，粒子云旋转速度达到的磁场强度这些结果表明粒子云的旋转是正向移动的。这被认为是因为氩离子通过与氩离子的碰撞而被驱动，碰撞时的氩离子的动量由离子回旋频率与离子-中性气体碰撞频率之间的关系决定。的大约是(5) 当我们对离子与粒子云碰撞的轨迹进行建模并对粒子云的旋转速度进行数值计算时，我们发现它与实验结果几乎一致，并且发现我们能够解释复杂粒子云的旋转机制。

项目成果

清水 慎也: "テスラ級強磁場下におけるプラズマ中微粒子雲回転に対する中性ガス圧力の効果"プラズマ核融合学会第18回年会予稿集. 27pA06P. 43-43 (2001)

Shinya Shimizu：“特斯拉级强磁场下中性气体压力对等离子体中粒子云旋转的影响”等离子体聚变学会第 18 届年会记录 27pA06P (2001)。

清水慎也: "磁化高周波放電プラズマ中に浮遊する微粒子雲の回転運動"プラズマ核融合学会第17回年会予稿集. 27pA14P. 81-81 (2000)

Shinya Shimizu：“悬浮在磁化高频放电等离子体中的粒子云的旋转运动”等离子体聚变协会第 17 届年会记录 27pA14P (2000)。

清水 慎也: "磁化プラズマ中微粒子雲回転に対する微粒子密度依存性"日本物理学会 第56回年回講演概要集. 第2分冊. 177-177 (2001)

Shinya Shimizu：“磁化等离子体中粒子云旋转的粒子密度依赖性”日本物理学会第 56 届年会摘要第 2 卷。177-177（2001）。

T.Kaneko: "Formation Triggered by Field-Aligned Electron Acceleration Due to Electron Cyclotron Resonance Along Diverging Magnetic Field Lines"IEEE Transactions on Plasma Science. 28・5. 1747-1754 (2000)

T. Kaneko：“由沿发散磁场线的电子回旋共振引起的场对准电子加速形成”IEEE Transactions on Plasma Science 28・5 (2000)。

T.Kaneko: "Fine Structure of Plasma Potential Formed by Local ECR in a Magnetic-Mirror Field"Proceedings of the International Congress on Plasma Physics. JP1.113. 146-146 (2000)

T.Kaneko：“磁镜场中局域 ECR 形成的等离子体势的精细结构”国际等离子体物理学大会论文集。