O-34 ガスパフ Z ピンチ装置におけるガス分布とレイリーテイラー不安定性の関係 Relation of between Gas distribution and Rayleigh-Taylor instability in a Gas-Puff Z-Pinch ○ 吉水孝宏 1、高杉恵一 2 *Takahiro Yoshimizu 1, Keiichi Takasugi 2 はじめにガスパフＺピンチは、電極間にガスを入射しプラズマしかし、 Z ピンチなどの実験で観測されるレイリーテイラにする。そのプラズマに大電流を流し、その周囲に形成ー不安定性は、理想 MHD に含まれなかった物理的効果にされる自己磁場の圧力によってプラズマを圧縮・加熱し、よる安定化が作用していると論じられている[3]。それは、高温高密度状態を作り出すものである。ガスパフ Z ピン (1)式では k の大きなところで成長率が無限になり現実チはノープローモデルでありガスの端から放電がスター的でないためである。その安定化作用として考えられるトする。従って、初期ガス分布の外形が初期プラズマののが、粘性と有限ラーマー半径効果等である。粘性を考形状になる。える場合ガスの厚さなどガス分布の変化で波数が変化すこれまでのガスパフ Z ピンチの実験的研究の中で、ガると予想される。本研究では、ガスの分布とレイリーテイラー不安定性スパフからの放電までの時間の変化させることで、入射ガスの広がりの程度に応じてプラズマの状態が真空放電、の波数の関係を明らかにする事である。電極間放電、プラズマフォーカス型放電と変化する事[1]、ノズルの形状によってガスの流量、厚さ、速度等を変化実験装置させることで、放電パラメータを変えなくてもプラズマの収縮過程、入力エネルギーに変化がある事[2]が分かっている。放電直前の精密なガス分布を空間的・時間的に捉えることは、そのわずかな変化がプラズマの進展に大きな影響を及ぼすという点で重要である。レイリーテイラー不安定性とは、流体力学の分野において、重力下において軽い液体の上に重い液体を乗せた状態のときに境界面の変化の時間的成長としてよく知られている。このような現象は加速度運動をするプラズマにおいても同様に起こる。そして、レイリーテイラー不安定性はプラズマ表面に表れる不安定性の中で他の流体力学的不安定性のきっかけとなりうるという意味で重要図 1 ガスパフ Z ピンチ装置な不安定性である。図 1 は日本大学ガスパフ Z ピンチ装置 SHOTGUN の概略この不安定性の理想MHDでの成長率は(1)式で表される。 γ = gk (1) ここで g :重力加速度、 k :波数である。図である。この装置はコンデンサー容量 24μF、充電電圧 25kV、充電エネルギー7.5kJ のコンデンサバンクを電源としている。電極間隔は 30mm、ガスは 5 気圧の Ar を用いて 1：日大理工・院・量子 2：日大・量科研 1254 いる。ガスパフはアノード上に設けられた直径 30mm の円環状のガスノズルによって行われる。ガスバルブの機構は、ガス溜めに定常的に必要な圧力でガスが満たされており、出口はピストンで閉じられている。放電の時には外側に覆われているコイルにパルス電流を流し、電磁力によって加速されたハンマーでピストンを動かしガスを入射する仕組である。ガスノズルには、真空中に孤立したガスを形成するためラバルノズルを用いた。図２はガス分布測定装置の配置概略図である。電子銃でガスを発光させその光をコリメーターで集め光ファイバーで伝送する仕組である。光ファイバーの後ろには、モノクロメーターをつけ ArⅠのスペクトルだけを選択し、光電子増倍管を通しオシロスコープで時間変化の観測を行う。図３は電子ビーム入射時の写真で、電子ビームの様子を撮影するために真空容器内にガスを詰め撮影した。図４は図 3 の電子ビームによる発光を可視で分光した図 3 電子ビーム入射ときのスペクトルである。中心波長は 550nm 現在測定に使用するラインの候補は、588nm と 603nm である。図 2 ガス分布測定装置外略図参考文献 [1]K.Takasugi,A.Takeuchi,H.Takeda,andT.Miyamoto,Jpn.J.Appl.Phys.31 1874(1992). 図 4 Ar 可視分光スペクトル中心波長 550nm [2]K.Moriyama Master's thesis(1994) [3] B. A. Trubnikov and S.K. Zhdanov,Sov. J. Plasma Phys., Vol. 3, No. 1, 45-50. (1977) 1255