非一様磁場中における非中性プラズマの実験的研究

非均匀磁场中非中性等离子体的实验研究

基本信息

批准号：
18740360
负责人：
齋藤晴彦
金额：
$ 2.3万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は,非中性プラズマ研究の分野で通常使用される直線型の一様磁場配位に代わり,非一様なdipole磁場中で非中性プラズマ閉じ込めを行い,その特性を実験的に明らかにする事を目的としたものである.Dipole磁場に代表される磁気面を有するトロイダル系において非中性プラズマの安定な閉じ込め配位を確立する事により,従来広く研究が進められてきた単一粒子プラズマにとどまらず,電子陽電子や陽電子反陽子等の多様な非中性プラズマを閉じ込めて実験研究を実施する事が可能となる.本年度の研究では,磁気圏型装置RT-1において,純電子を用いた閉じ込め原理検証実験を行った.超高真空環境の使用とコイルの超電導磁気浮上によりプラズマに与える擾乱を抑制する事で,トロイダル非中性(純電子)プラズマの安定な閉じ込めを実現した.生成した純電子プラズマに対して,静電的な測定法(Langmuir probe及び多点wall probe)により,主に電子入射中の空間電位分布と静電揺動の計測実験を行った.本年度の研究を通して得られた主な成果は以下の通りである.・定常的な電子入射により,最大-2kV程度の空間電位を形成し,トロイダル電子プラズマを安定に生成した.・外部からの電子供給を絶った状態で,電子プラズマの500秒以上の閉じ込めを実現した.・空間電位と揺動の同時計測により,揺動周波数から閉じ込め電荷を推定する半経験式を得た.・多点計測により,揺動がトロイダル方向にE×B速度で伝搬するdiocotron modeである事を確認した.・イオン蓄積のtime scale程度の後に発生する不安定性の急成長までは,揺動は安定に推移する.本研究を通して,磁気圏型配位における非中性プラズマの基本的性質について理解が得られ,磁気圏型配位が各種の荷電粒子から構成される非中性プラズマ閉じ込めの必要条件を満たす事が示されたものと考えられる.

在本研究中，我们在非均匀偶极子磁场中进行非中性等离子体约束，而不是非中性等离子体研究领域通常使用的线性均匀磁场配置，并通过建立稳定的约束来实验阐明其特性。具有磁性表面的环形系统中的非中性等离子体的配置，例如偶极磁场，除了粒子等离子体、电子-正电子和正电子之外，还可以通过禁闭电子反质子等各种非中性等离子体来进行实验研究成为可能。在今年的研究中，我们在磁层装置RT-1中进行了利用纯电子来验证禁闭原理的实验。真空环境利用线圈超导磁悬浮和超导磁悬浮来抑制对等离子体的扰动，实现了环形非中性（纯电子）等离子体的稳定约束。静电测量方法（Langmuir）探头和多点墙今年的研究取得的主要成果如下：・通过稳定的电子注入，我们主要测量了电子入射时的空间电位分布和静电波动，形成了高达-2kV的空间电位，并稳定地产生了环形电子等离子体。 ·外部的我们在切断等离子体电子供应的同时实现了电子等离子体超过500秒的限制。・通过同时测量空间电位和涨落，我们获得了根据涨落频率估算捕获电荷的半经验公式。・通过多点测量，振动以 E×B 速度沿环形方向传播的双波管。・波动保持稳定，直到离子积累的时间尺度之后出现不稳定性的快速增长，据信这提供了对等离子体特性的理解，并表明磁层结构满足限制非约束的要求。 -由各种带电粒子组成的中性等离子体。