識,ご'一
0.2 蟻蕊撫濡…燕鍾』
０
繰り返し回数
図al‑llデコンボリユージョン演算の収束状況
Ａ‑14
Ｃ
６５４３２１０
'
(a） 名︑︶吹哩ぢつ四
２１８６４２０１０００００ ０ＯＯＯＯ
名⑩︶巾哩ぢっ１画︵⑩狸一色．
(b） 名︑︶畿填賦購︵の料一匡．
７６５４３２１０００００００ ａ︒■■●●● ０００００００
2 5 0 ３ ０ ０
時間（us）
(c）
ヂ
︵︑一一匡．
図al‑12計算回数と計算結果の関係
実線：原波形 破線：再現波形
８１０５ ７１０５ ６１０５ ５１０５ ４１０５ ３１０５ ２１０５ １１０５
０
９００ 350
Ａ‑15
図ａｌ−１３計算回数と計算結果の関係 ｘ（１ｃｍ/div.）
︵Ｅへこ︶妾升つ
値は１．０，ｃ値は各回計算波形の最大値の１１０%とした[97]．繰り返し回数は２０回である．
図al‑12(c)は(b)の波形を逆にコンボリュージョンして得た波形であり，再び(a)を重ねて ある．両者がほぼ一致していることから，デコンボリュージョンによって求めた波形(b）
がほぼ正当であるといえる．主電流の両側にみられるすそ野の部分は，モデルをたてる際 に用いた仮定に基づく誤差であると考えられる．
電流密度分布は，図al‑l2(b)の縦軸を各時刻における移動速度で割り，横軸に各時刻に おけるプラズマの移動速度を乗じることによって得られる(図al‑l3)．プラズマは図の左 方向に進み，その前方に飛朔体が存在する．B‑dotプローブの信号では，プラズマ電流は 一丸となっているように見えるが，図al‑13をみると電流の一部が後方に漏れ出している 様子がわかる．
Ａ‑16
付録２本論文で用いた物理定数[102,103,104,105］
*)は推定値
銅
ﾎﾟﾘｶｰﾎﾞﾈｰﾄ ｾﾗﾐｯｸ
*)は推定値
表a2‑1基礎物理定数 IA0＝１．３８×１０．２３Ｊ/Ｋ
ｋ＝１．３８×１０−２３Ｊ/Ｋ カー６．６３×10.34JS
OS＝5.67×10.8J/(sm2K4）
ｅ＝１．６０ｘｌＯ･'9Ｃ
胴c＝９．１１×１０．３ｌｋｇ
真空中の透磁率 ボ ル ツ マ ン 定 数 ブランク定数
シユテファン・ボルツマン定数 電子の電荷量
電子の質壁
表a２−２加速管構成材料に含まれる粒子の定数
〃Ｈ＝１．６７×10.27ｋｇ 耐ｃ＝２．０１×ｌＯ−２６ｋｇ 胴Ｃｕ＝１．０６×１０．２５kg msio2＝３．０６×lO‑25kg 6H＝０．５３×１０．１om 6c＝０．７７×１０･Iom 6cu＝１．２８×lO‑lom 6cHz＝２×１０.Ｉｏｍ ６ｏ＝ｌ×lO‑lom 6si＝１．１７×lO‑Iom 6sio2＝２×１０．'0ｍ ｇ隆c＝３．６ｅＶ eﾘﾉbH2＝4.3ｅＶ e脇＝13.8ｅＶ eﾘﾉb＝lL3eV eI/bu＝7.73ｅＶ e児io2＝５ｅＶ eﾘﾉb＝13.62ｅＶ e路i＝8.15eＶ
水素原子の質量 炭素原子の質麓 銅原子の質還 SiO2分子の質麓 水素原子の半径 炭素原子の半径 銅原子の半径 CH2分子の半径＊
酸素原子の半径＊
珪素原子の半径 SiO2分子の半径＊
C‑C間の結合エネルギー CH2分子の解離エネルギー 水素原子の電離エネルギー 炭素原子の電離エネルギー 銅原子の電離エネルギー SiO2分子の解離エネルギー＊
酸素原子の電離エネルギー 珪素原子の電離エネルギー
表a２−３加速管構成材料の熱特性
融点 融解熱 沸 点 熱伝導率 比 熱
(K） (lOsJ/kg） (K）
気化潜熱
(１０J/kg） (Ｗ/mK） (J/kgK） 1３５６
〜500＊
〜1700＊
2.1 0.5 １．５
2868
〜lOOO＊
>4000＊
Ａ‑17 4.9 0.8 1.5＊
415 １．７ １．８
４１９ 1２００
756
質量密度 (103kg/m3）
8.92 1.23 ２．５２
謝 辞
本研究は，熊本大学工学部秋山秀典教授の熱 延な御指導と多大 な御支援のもと遂行したものであります．同教授に 趣より感謝い
たします．本論丈の作成に際して，適切な御助言をいただいた熊本大学工 学部蛙原健治教授，桧山隆教授，巨海玄海教授に深く感謝いた
します．
また，本研究に対して御助言と御討論をいただき，折りに触れ て御激励下さった熊本エ業大学工学部前田定男教授に深く感謝 いたします.米国テキサステック大学石原修教授,MarionHagler 教授，MagneKristiansen教授，米国ニューメキシコ大学John Gahl教授,FrankHegeler氏，独国ジーメンス社UlfKatcshinski 氏，熊本大学工学部IgorLisitsyn助教授には研究をまとめるた びに御教示と御討論を頂きました．また，岩手大学工学部高木 浩一氏，徳島大学エ学部下村直行氏，九州大学大学院福津剛氏，
熊本大学エ学部池上挿顕助教授，山形幸彦助教授には放電，高 電圧，プラズマの専門家としての立場から貴重な御助言を頂きま した．九州大学大学院佐藤浩之助教授，核融合研究所野田信明 教授，独国ユーリッヒ研究所KarlHFinken教授には本論丈の 背景となる核融合分野の研究に関して多大な御教示を頂きました
こと，諸氏に 趣より感謝いたします．
実験の遂行に当たっては，熊本大学工学部辻公輝技官に多大な ご協力をいただきましたこと， 趣より感謝いたします．熊本大学 大学院博士課程末田毅氏をはじめ，熊本大学工学部電気エネル ギー応用講座の大学院生，卒業研究生諸君に多くの協力を頂きま
した．
競後に，家族の暖かい支援なくしては本論文の完成を為し得な かったことを切に感じて感謝の意を表します．
平 成 １ ０ 年 筆 者
布を測定した結果，排出孔を通過したプラズマは非常にコンパクトであることがわかった．加
速管に孔を設けるだけの単純なアイデアであるが非常に有効であることが示された．この孔を 加速管に沿って適所に設けることができれば，電流分裂のないスムーズな加速が実現できる可
能 性 が あ る こ と を 示 し た ．
また，加速管構成材料に関する実験および考察を行った．セラミックを加工して加速管に絶 縁壁として組み込み，飛翻体加速実験を行った．セラミックを用いた場合，ポリカーボネート 絶縁壁の場合に比べてプラズマがコンパクトになった．しかしながら，レール面上では損傷が 激しくなるという結果になった．５章で示した熱解析コードを用いて絶縁壁にポリカーボネー
トおよびセラミックを用いた場合それぞれについてシミュレーションを行い，材料の特性がプ ラズマの挙動に与える影響を調べた．セラミック壁の場合，予想通り加速管から噴出する粒子 数が減り，実験結果同様にプラズマがコンパクトになった．しかしながら，増加粒子数が少な いためにプラズマの温度が上昇し，加速管全体の熱負荷が増加することがわかった．加速管材 料が熱的に優れた特性を有しても，プラズマの温度が上昇して熱負荷が増加するので，加速管 の損傷を完全に回避することは不可能であると思われる．ただし，耐熱材の使用することによ って壁から出てくる粒子数が減少するので，プラズマの制御という観点からは非常に効果があ ることがわかった．７章ではレールガン動作の駆動電流波形への依存性を調べた．電流波形を大きく分けて電流 の立ち上り部分と，一旦ピークに達した後の立ち下がりとに分けて述べた．まず，電流の立ち 上がりについて，細線溶断開放スイッチを用いてARGPM50に供給する電流の立ち上がりを変化 し，異なる電流上昇率によって駆動されるレールガンの動作を調べた。その結果，立ち上がり が急峻なほど，加速管内壁の損傷が局所的に大きくなる，動作の再現性が悪く加速初期から二 次的な放電が形成される場合が多い，プラズマ電機子が分裂するまでの時間が短い，等のこと がわかった．熱解析コードを用いて解析すると，電流の立ち上がりが急峻なほど加速初期にお いてプラズマに注入される電力密度が大きく，これに起因するアブレーシヨンの増大とプラズ マ電機子の質量増加が分裂を助長することがわかった．
次に，電流の減衰とプラズマの挙動との関係を定性的に理解するために，一定の変化率で減
衰するような模擬電流波形を作成し，熱解析コードに取り込んでシミュレーションを行った．その結果，実験で見られるように電流の減衰とともにプラズマが急激に膨張し始めるような挙 動が見られた．電流上昇時はう電流の増加に伴ってアブレーシヨンが促進されプラズマの質量 が増大するが，電磁力も電流の増加に伴って大きくなるのである程度の拡がりで収まる．いっ たん電流が減少し始めると電磁力は減少するが，そこまでに増加してきたプラズマの質量は急 には減少しないので，プラズマは急激に膨張し始める．ここで用いた熱解析コードでは実験に 見られる異常な加速度の低下を確認できなかった．電磁流体的な非線型の作用がはたらいてい
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ると考えられる．プラズマが膨張すると加速管との接触面積が増加するので，粘性抵抗等の抗 力が大きくなるばかりではなく，長さ方向に不均一性が生じる可能性が大きくなるので，場合 によってはプラズマ内における電流分布に局在化が起こり，電機子電流の分裂の引き金になる こともあり得る．アイスペレット加速のように加速中の最大加速力が限られている場合には，
駆動電流を矩形化するなど，加速後半での電磁力の減少を防ぐことが望まれる．また，電流の 最大値付近を除いた加速初期と後半のみにバイアス磁場をかけるなど，加速中の電磁力が変化
しないように工夫することが重要である．
本研究では，レールガン単体での動作特性について述べ，アブレーションを低減して動作を 改善するための方法を示した．速度に関しては，プラズマと電磁力の制御によって５km/s程度 までは達成できる可能性があることを示した．本論文では，ペレット射出装置としてのもう一 つの要件である「繰り返し動作」の可能性についてはあまり触れなかった。今のところ，レー ルガン単体で動作した場合，加速管はショット毎に損傷して繰り返して動作できるような状態 ではない．レールガンをペレット射出装置として用いるためには，加速管の損傷を皆無にする 必要があり，そのために加速管材料の慎重な選択に加えて，加速初期の損傷の低減に非常に効 果的な飛翻体予備加速の技術が不可欠である．
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