パルス放電を用いた新しいプラズマ発生技術に関する研究

脉冲放电等离子体产生新技术研究

基本信息

批准号：
01F00723
负责人：
藤田寛治
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Saga University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

パルス放電を用いた新しいプラズマ発生技術に関する研究として、容量結合型高周波放電に、数100nsの短パルス放電を重畳することにより、アフターグローにおける準安定状態原子や荷電粒子の時間推移の検討を行った。実験装置は、接地した直径16cm、長さ50cmの真空容器の一端に、高周波電極(直径8cm)を挿入し、他端に短パルス放電用の電極(直径8cm)を挿入した構造である。それぞれの電極の間に接地したグリッドを配置した。導入ガスにはヘリウムガスを用い、30Pa程度導入した。短パルス放電のみの場合、電極の電圧波形において、1μs程度まで印加電圧が維持され、その後、1.5μs程度で電圧が減少する現象が観測された。一方、電流波形において、電圧が減少する時刻1μs後から、電流が立ち上がり、パルス放電が生じることが分かった。これに対して、高周波放電に短パルス放電を重畳した場合、電圧波形、電流波形とも、短パルス放電のみの場合に比べて、数100ns程度の短い時間スケールで、短パルス放電が生じることが分かった。また、電流値が短パルス放電のみに比べ約3倍程度増加していることが分かった。これは、高周波放電プラズマが定常的に生成され、10^9〜10^<10>cm^<-3>程度の電子密度が存在しているため、それが種電子となって、短い時間で短パルス放電が生じたものと考えられる。次に、高周波放電に短パルス放電を重畳した場合、短パルス電圧印加後、高周波電極電圧の時間推移を検討した。その結果、電圧波形は、印加する前の電圧の7分の1程度に減少し、その後、1ms程度で緩やかに初めの電圧値に戻ることが分かった。これは、大電流(数100A)短パルス放電により、多量の準安定状態原子が生成され、それらの電離により、プラズマ密度が上昇し、高周波放電維持電圧の減少を招いたものと考えられる。実際に、プローブによりプラズマパラメータの時間推移の計測を行った結果、短パルス放電後、10^<11>cm^<-3>のプラズマ密度になっており、その後、時間の経過と共に、定常値10^9cm^<-3>程度に減少することが確認できた。従って、容量結合型高周波放電に短パルス放電を重畳することで、短パルス放電後、高周波放電に数ms程度の時間変調を与えることで、容量結合型高周波放電のみでは得られない高密度(10^<11>cm^<-3>)を周期的に生成できることが分かった。

作为我们使用脉冲放电的新型等离子体生成技术研究的一部分，我们通过在电容耦合高频放电上叠加数百纳秒的短脉冲放电来研究余辉中亚稳态原子和带电粒子的时间过程。实验装置由插入直径为 16 cm、长度为 50 cm 的接地真空容器一端的高频电极（直径 8 cm）和短脉冲放电电极（直径 8 cm）组成。）插入另一端。每个电极之间放置一个接地网格。使用氦气作为导入气体，以约30Pa导入。在仅进行短脉冲放电的情况下，在电极电压波形中观察到施加电压维持约1μs后电压在约1.5μs内下降的现象。另一方面，在电流波形中，电压下降1μs后，电流上升，发生脉冲放电。另一方面，当短脉冲放电叠加在高频放电上时，已经发现，与仅高频放电的情况相比，短脉冲放电在电压和电流波形中都以数百ns的更短的时间尺度发生。短脉冲放电。还发现，与单独的短脉冲放电相比，电流值增加了约三倍。这是因为高频放电等离子体不断产生，其电子密度约为10^9至10^<10>cm^-3>，其成为种子电子，并且被认为发生了短脉冲放电。接下来，当短脉冲放电叠加在高频放电上时，我们研究了施加短脉冲电压后高频电极电压的时间过程。结果发现，电压波形下降至施加前电压的约1/7，然后在约1ms内逐渐恢复至初始电压值。这被认为是由于大电流（数100A）的短脉冲放电产生大量亚稳态原子，它们的电离使等离子体密度增加，导致高频放电维持电压降低。事实上，通过使用探针测量等离子体参数的时间过程，发现在短脉冲放电后，等离子体密度达到了10^<11>cm^<-3>的值，然后逐渐降低。经确认，随着时间的推移，其减小至约10^9cm^-3。因此，通过在电容耦合高频放电上叠加短脉冲放电，通过对短脉冲放电后的高频放电给予约几毫秒的时间调制，可以得到高密度(10^11cm) ^<-3>)可以定期生成。