プラズマ中に捕捉された微粒子の光照射による帯電制御

通过光照射等离子体中捕获的粒子进行电荷控制

基本信息

批准号：
16654094
负责人：
大野哲靖
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

プラズマ中に捕捉された微粒子群による形成されるクーロン結晶は、微粒子の運動を容易に可視化することが可能であるため、固体物性研究に大きく貢献すると期待されてきた。本研究では,レーザー光照射による帯電微粒子からの電子の脱離過程、光電効果現象を利用して、プラズマ中の微粒子の帯電量を外部より動的に制御することを目的にしている。(1)ダブルプラズマ装置中のセパレーショングリッドとアノード電位を制御することにより,微粒子の帯電過程に大きな影響を与えるプラズマ中の高温電子成分の密度を精度よく制御できることを明らかにした.0次元の粒子バランスの式を用いて,高温電子成分の発生機構に関するモデリングをおこなった.(2)微粒子の帯電量の変化による浮遊位置の変化を検出するために,透過率の良いビューイングポートの設置や拡大光学系の採用などの観測用の光学系の改良を行った.その結果,空間分解能13ミクロンでのダストの動的挙動観測を可能とした.(3)上記の光学系を用いて微粒子に運動に対する中性ガス及び帯電の遅延効果による摩擦力を実験的に調べた.摩擦力は,微粒子を捕捉するための負にバイアスされた下部電極にパルス電圧を印加し,その時の微粒子の減衰振動から算出した.高ガス圧(Ar,1Pa)領域では,理論的に予測される中性ガス圧による摩擦力と実験結果は非常に良く一致した.一方低ガス圧領域(Ar,0.5Pa以下)では,理論値よりも摩擦力が大きくなる場合と小さくなる場合が観測された.レーザーによる帯電量の変化および帯電の遅延効果を考慮して検討を行っている.

由等离子体中捕获的粒子形成的库仑晶体有望对固态特性的研究做出巨大贡献，因为粒子的运动可以很容易地可视化。本研究的目的是利用光电效应现象（激光束照射从带电粒子中解吸电子的过程）从外部动态控制等离子体中粒子的电荷量。 (1) 通过控制双等离子体装置中的分离栅极和阳极电位，发现等离子体中高温电子成分的密度对细颗粒的充电过程有很大影响，可以通过以下方法控制： precision.0维粒子利用平衡方程，我们可以讨论高温电子成分的产生机制。 (2)为了检测因粒子电荷量的变化而引起的漂浮位置的变化，对观察用光学系统进行了改进，例如安装透过率良好的观察口、采用放大光学系统等结果，以 13 微米的空间分辨率观察灰尘的动态行为成为可能。 3）利用上述光学系统，我们实验研究了由于中性气体和电荷对颗粒运动的延迟作用而产生的摩擦力。摩擦力被施加到负偏压的下电极以捕获颗粒，其计算公式为：施加电压时颗粒的阻尼振动。在高气压（Ar，1Pa）区域，实验结果与理论预测的中性气压摩擦力非常吻合。另一方面，在低气压区域（Ar，0.5Pa以下），摩擦力有时比理论预测的大，有时比理论预测的小。观察了一个案例。该研究正在考虑激光引起的电荷量的变化和充电延迟的影响。