アークトリガパルス
主な計測装置
○静電プローブ (プラズマ密度､電子温度､電位)
○マッハプローブ(プラズマ流速)
○磁気プローブ (磁場揺動)
○反磁性ループ (プラズマ圧力)
○飛行時間型エネルギー分析器(TOF; Time Of Flight)
(イオン温度､流速)
OHCNレ｢ザ‑干渉計 (プラズマ電子密度)
○マイクロ波反射計
/廼短パルス反射計 (電子密度分布､電子密度揺 動､磁場癌動)
○分光器 (イオン温度､流速)
表212‑1 HITOPにおける主な計測装置
マッハプローブ詳細図
プラズマの流れ
一･･････.■一■lll.･.･･･■■■
･之.:
ド.一旦虹1
①謁詐空TZ;蒜諸島mm)
② FgtE,多望崇高諸島mm)
③霜㌶三号遥mm)
④アロンセラミツク
⑤ ‑(Js>ug3!.fni‑宗.記ymi
⑥需S>3%.縄径｡.5mm)
⑦詔㌍質In謡.8mm､外径｡mm)
⑧ fp石基.T.急設品..2mm)
図2‑2‑1‑1マッハプローブ構造図
プローブ配置図
X(cm)
‑15 ‑9 ‑3 3 9 15
‑20 ‑12 ‑6 0 6 12 20
図2‑2‑1‑2 13chマッハプローブアレイ構成図
②
③
◎
⑤
⑥
⑥
⑦
◎
密度nトマッハ数Mの算出方法
賢 一王p lprp‑Kniel聖典
I ,a,a =̲
平行方向プロ
M=〝』
lpe.p
10‑2 10‑1 100
Ti″.
図2‑2‑ト3 マッハプローブによる密度niとマッハ数Mの算出方法､
及mi〝‑eに対するイオン飽和電流値の較正係数Xの値
6 5 0 . 0
N.
4 3 1 0 . 0 .
ReJation between Jb〝/ JIs⊥ and Mach number
1 2
M P･C.Stange by. and
J･EAIenJ･PJasma Physics
6(1971)19
図2‑2‑1‑4 マッハ数Mに対して得られるイオン飽和電流密度の比Jpam/Jp叩
32
T S I r J W S l r
Dependenceof J〟andJ⊥ on
the probe rotation an9‑e
0 90 1 80 270
Probe rotation angle ( deg )
360
Potar plot of J J̲ aS afunction of
the probe rotation anglegO
D o
Plasma flow
270
図2‑2‑115 マッハプローブの回転角に対するJ,am及びJm
一
N i
EU
＼1 )T r
0
5
0
5 (N uJ U＼ 1･ )‑
‑｢
チョッパー部 検出部
ト｣竺一一1
図2‑2‑2‑1飛行時間型中性粒子エネルギー分析器(TOP)概略図
◎｡
中性粒
12876mm 劔
フライトチューブ部 冰ｲﾘ ﾇﾆY/ ‑ト
匡一夕‑ チョッパー ディスク 一.､.ー∴J一一.T"I::Tl.i̲...Y..リ
千 剪 H ﾙGｸｬr
チョッパー部
チョッパーディスク
直径 160mm 厚さ 0.1mm スリット 帽 0.25mm 高さ15事nm
個数 12個
回転数 27000‑90000rpm 検出間隔 60‑180 /∠ S ゲートタイム 5.6〝S
( 27778rpm)
♂
検出部
分光計測システ峯
G:回折格子(2400tines/mm)
図2‑2‑3‑1可視分光システムの構成図
分光器システム各機器の仕様
分光器(日本分光← cT‑100)
tツエルニターナー型
･焦点距離: 1m
･回折格子グレーティング: 2400本/mm
lCCD検出器
(米国ORIEL社製18520型)
･検出波長範囲: 180‑850nm
･ゲート幅: 5nsec〜DC
I ccD有効画素数:690×256ピクセル
･ピクセル間隔: 26〟m
･分解能: 16ビット
システム性能
･時間分解能: 0.1msec〜連続
･装置幅:約0.02nm
･同時計測波長範囲:約5nm
表2‑2‑2 分光器システム各機器の性能
460 480 500 520 540 560
PixeI
0.1 m$○￠
集件
嵩甜68.6 75 hd'
図2‑2‑3‑2 計測されたスペクトルの時間変化の一例
反射計システムの構成図
ミキサ出力
Er =Asin(αt+め) ELO= B sin(αt)
;反射波
;参照波
V=lEr+ ELO12虹ABsin(￠)
直角位相IFミキサ出力による位相算出
Vl =ABsin(￠) V2 =ABcos(￠)
￠=tan 1(vl /V2)
図2‑214‑1マイクロ波反射計システム構成図
金属板を用いたシミュレーション実験
アルミ板 電磁ホーン
反皐て計システム<
光学レール
cos4
:.:LLTr.
ll
Sind
･】liL=
ll
I.
10 20
時間($eO)
図2‑2‑4‑2 金属板によるシミュレーション実験 (>
)F fF fT 中廿 仰(
>) CF 玉1 争廿 仰 (L LD )T 宙鎗
2 0 2 2 0 2 0 . 0 . 0 . 0 . 0 . 仇
4 0 2 0
HITOP典型波形
(a)lt 鳴vﾇf3ﾓ&ﾂ踐ｲ Bz=1kG
●t● 鳴ﾖﾈ ﾂ
(ら)I■一一ll
rl.l.I.
(C‑)l' 綿 ﾇ｣ﾓ プ6ﾒ
X=0cm
̲̲Jヽl. 免ﾆb
(d)IIIll‑
1‑‑‑I
(e)
.I.I.l.
:0 0･5 1･0 1･5 2･O
Time(msec)
図2‑3‑1‑1 H汀OP装置における典型的放電波形
(a)放電電圧､ 0)放電電流､ (C)平行方向のイオン飽和電流密度
(d)垂直方向のイオン飽和電流密度､ (e)垂直方向のイオン飽和電流密度に対す る平行方向のイオン飽和電流密度の比
0 o o 0 0 0 0
3 2 1
( >
) p
>
(v q) pI ( NE U＼ 1) eJ ed
｢･ (E uO /1 )′ 邑｢ do
･つ
＼e Je dつ
0 5 0 0
1
0
1
0 0 0 0
5 0 5 1
3 2 1 0 0
8
6
?
.1I,4
2
0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
V｡(kV)
図2‑3‑1‑2 PFN回路の充電電圧vcに対する放電電流Id
0 2 4 6 8
ld[kA]
図2‑3‑ト3 放電電流Ⅰ｡に対する放電電圧V｡
10
B=0. 103T(一様)
1msecの時
● B=0.103T 令 B=0.023T
磁場強度に対する電子密度変化
0 200 400 600 800
磁場強度 B[G]
10
8 6 4 2
磁場強度に対する電子温度変化
0 200 400 600 800
Vp=30 [Ⅴ]
図2‑3‑1‑4 MPD下流(Z=87cm)の中心軸上(Ⅹ=Y=o)で測定した
磁場強度 B[G]
･使用プローブ:トリプルプローブ､
･プローブ位置: Z=87lcm】 X=0lcm】
‑ E i ‑
･[ C. 5 ]C .O IX au 噸 噂巾 圃
3 2
0 0
0
0
30
0 0 0 1
[ ^ a ] a L
6 4 2 0 0 0
′ 0
‑
触感巾圃
4 2
r] Or T ]
密 胡
[弓
仙
57 Ti
HelO一g‑
P P V ス
実験で用いf=磁気チャンネル
(a)一様磁場
MPD部lpD部TEiST部 0.103T
(磁気チャンネル#1)
0.073T
0.04T 0.023T
(磁気チャンネル#8)I
0 1 Z[m】 2 3
(b)MPD部磁場固定タイプ
0.00
0 1 2 3
Z[m】
(￠)TEST部磁場固定タイプ
/#5
#6
#7
二､十苧8. 鳴
o 1 zh】2 3
図2‑3‑2‑1種々の磁気チャンネル形状
(a)一様磁場分布､ (b)MPD部磁場固定タイプ､ (C)ⅧsT部磁場固定タイプ
一様磁場の場合
放電電流特性
I I
ート･
01 0.05
0 1
2.4 ● 0.103T
A o.073T
□ 0.04T 1.6 0 0.023T
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
JJlkA]
図2‑3‑2‑2 ‑様磁場分布における(a)磁場分布形状､ (b)イオン飽和電流密度JpeVの 放電電流に対する依存性､ (C)イオン飽和電流密度の比J,JJMとマッハ数
︻N E0
＼V ]d Jd
｢
d L J . d r r d r
0 0 4 3
0 0 0 2 1
6 5 4 3
･ J L , 谷
口全 血●
･
h･4 人曾
口里
▲曾
† 宜 T A
虫農
‑ I允
‑
色
1J Lt
墨 ロ
○ 星 口 曹
g o g m ∬
●
△ ロ
◆ ( ?
L u O c L O L )
! u O 0 0
4 3 2
ntcm‑3‑ Id= 3･6kA ‑3) Id= 5･5kA
‑‑‑I;ii:::IlI:I::'二二五‑ :L:.lv=ニI iIi̲‑':;;‑::IIliSiI;;
12
6
X(cm) 0
̲6
‑12
0 0.5 1.0 1.5
Time(ns )
2.0 0 0.5 1.0 1.5 2.0
Time (ns )
図2‑3‑2‑3 Ⅰ｡=3.6kA及びⅠ｡=5.5kAの時､プローブアレイを用いて計測した
密度の空間分布の時間変化
●‑■■■■■ 况ﾈ鷙 ｨ,ﾈ ｨﾘr
(a)プラズマ直径の磁場強度依存性
14 12 10
1 1
58
1 1
｢⊃ 6
4 2 '0
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12
B [T]
(b)密度の磁場強度依存性
空白萱
QO
oO.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12
B [T】
測定値
1/Bで
フィッティング
測定位置: Z=157cm x=Oc m 放電電流: Id=3.6kA
測定位置:Z=157cm
x=00m 放電電流: l㌔3.6kA
図2‑3‑2‑4 Ⅰ｡=3.6kA時における(a)プラズマ直径の磁場依存性及び (b)中心密度の磁場依存性
2 0 t i l r i
8 6 4 2
[N ED JV ]d Jd つ
[?
∈㌔ OL x] u
0
1 8 6 4 2
MPD部磁場 侘Y. 87h,ﾈ ｨﾘr
放電電流特性
測定位置: Z=157cm
磁気チャンネル#1
#2
#3
#4
.l.ll
0 1
X=Ocm
1.6
1･2 ≡
0.8 0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
l JlkA]
図2‑3‑2‑5 MPD部磁場固定タイプにおける(a)磁場分布形状､ (b)イオン飽和電流 密度JMの放電電流に対する依存性､ (C)イオン飽和電流密度の比
J,aJJ,cqとマッハ数 o
0 Q
6 5 4 3 2 1
. . . . r r d r
1 2 3 4
#
#
#
#
●△ロ@(C. EoelOL)!u
o o 0 0
5 4 3 2
1 2 3 4
#
#
#
#
●
△
□
◆ 4 0
●
2 2
MPD部磁場 侘Y. 87h,ﾈ ｨﾘr
(a)プラズマ直径のミラー比依存性
14 12 10
1 1