グリッドへのイオン移送

5.3.3 で示したフラックス空間分布形状結果から，イオンのグリッドへの移送について

考察を行う．放電室内の構造と磁力線形状をFigure 62に示す．

主体的な電離現象は電子閉じ込め効果の高い弓型磁場内において生じている．一次電 子との衝突によって生成された原子状酸素イオンも電子同様に磁場の影響を受けて

Larmor運動を行う．イオンの温度を0.1 eVと仮定するとイオンのLarmor半径は磁石付

近のプラズマ生成領域 (0.15 T) において約1 mm，グリッド近傍の0.02 T領域において 約9 mmと見積もられる．このため磁石に近い強磁場領域のプラズマはイオンも磁場に 制限された運動をする．Larmor運動しながら弱磁場域に到達するとLarmor半径が大き くなるので中性化グリッド方向に伸びる隣接した磁力線に沿って移送されると考えら れる．

可視化プラズマ源によりイオン移送についての考察を裏付ける．内部で生じているプ ラズマ生成の様子をFigure 63に示す．プラズマの生成領域の可視化は放電室側壁を交

(a) (b)

Figure 61 Pictures of different mode of plasma. (a) Low flux mode, (b) High flux mode

第5章 原子状酸素Flux計測

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換することで行った．電場形状を維持するため SUS 金網を側壁に沿わせてある．磁石 間の弓型磁場に沿って強いプラズマの発光が確認された．磁石表面付近と中央部まで大 きく膨らんだ2つの弓型分布を持っている．外周磁石から弓型磁場に沿うようにグリッ ド近傍まで強いプラズマ発光が確認された．これは弓型磁場近傍の閉じていない磁束線 の形と一致している．5.3.3で述べたプラズマ生成領域と一致している言える．

Figure 62 Configuration view of the discharge chamber

Figure 63 Side view of oxygen plasma at discharge chamber pressure of 125 mPa

-40 -20 0 20 40

Radial distance, mm r_Li= 5 mm

r_Li= 1 mm r_Li= 9 mm

r_Li= 3 mm

5. 小結

水晶振動子微小天秤によるポリイミド質量損耗量計測から原子状酸素フラックス計測 を行った．これより次の結論を得た．

 マイクロ波電力48 W，放電室圧力125 mPa，グリッド電位0 Vにおいて，原子状酸 素フラックスは1.45×10¹⁵ cm^-2sec^-1という結果を得た．外圏温度K = 736とした場合，

軌道高度に換算すると約230 kmに匹敵する原子状酸素環境である．

 マイクロ波投入電力の増加に比例してフラックスも増加する．投入電力68 Wに対 してフラックスは飽和していないため，さらに向上する見込みがある．

 放電室圧力とフラックスの関係にはプラズマのモードに伴う敷居値が確認された．

敷居値を超えた放電室圧力での動作が利用効率がよい．

 フラックス空間分布形状より，弓型磁場内で生成されたイオンは弓型磁場と近接し た中性化グリッド方向に向かう磁力線に沿ってイオンは移送されていると考察し た．

 原子状酸素のビーム発散角は約4°である．

第5章 原子状酸素Flux計測

21 参考文献

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文, 1998