30aA34P BX-U装置における非中性プラズマの生成・入射・閉じ込め特性 Properties of non-neutral plasmas on the BX-U machine 田中希未子，森田康平，野呂紘司，山本佳明，日野慎太郎，比村治彦，三瓶明希夫，政宗貞男京都工繊大・工芸科学研究科・電子システム工学専攻 Kimiko TANAKA , Kohei MORITA, Koji NORO, Yoshiaki YAMAMOTO, Shintaro HINO, Haruhiko HIMURA et al. Department of Electronics, Kyoto Institute of Technology 変形マルンバーク型実験装置 BX-U [1] において，2 流体プラズマ生成実験を行うための斜入射電子銃および水素プラズマ源の開発を行い，現在，それらの動特性を調べている．そして，これらを用いた 2 流体実験の準備を進めている． BX-Uにおける電子プラズマの生成はLaB6をカソードとする電子銃で行っており，カソードから排出されるドレイン電流量によって電子プラズマ密度をコントロールできる．BX-Uにおいては水素プラズマ源が装置対称軸上に置かれているので，この電子銃は対称軸から離れた位置に設置されている．このため，射出された電子ビームはソレノイド磁場を横切り，対称軸まで偏向する必要がある．このビーム偏向を引き起こすための方法として，我々はE×Bドリフトを用いており，装置内部に設置した平行平板電極で磁場に垂直な外部電場を作っている．図 1 は，電子ビームが偏向される様子を装置端部に設置されたエネルギー分析機能付き蛍光板 [2] の発光で観察した様子である．典型的な磁場強度(300 G)において平行平板電極に~ 1.4 kVの電位差を与えた時，計算では単一電子が対称軸方向に~ 30 mmシフトするが，実験における電子ビームは~ 20 mmのシフトとなっている. ポテンシャル井戸中へと入射し，閉じ込められた電子プラズマのダイナミクスは，ポテンシャルバリアを開けるタイミングを変化させることで調べている．ポテンシャル井戸への入射から約 0.6 ms後にポテンシャルバリアを開けた時の画像データでは発光がブロードに分布しており，電子プラズマが平衡に達していないが，ポテンシャル井戸への入射から約 1.3 ms後では，図 2 のように，対称軸付近に発光が収斂し，電子プラズマが平衡状態に達していることがわかる．この平衡状態から約 4 ms後にポテンシャルバリアを開けると，発光は再びブロードな分布となり，プラズマの拡散が生じている．この拡散時間は，バックグラウンド中性粒子(P0 ~ 10-8 Torr)と電子との衝突時間τe nと概ね一致している． [1] H. Himura et al., Non-Neutral Plasma Physics IV, vol, 666 (2002) p. 641. [2] K. Morita et al., accepted for publications in Plasma and Fusion Research (2007). 図 1 電子ビームの偏向の様子を蛍光板の発光で観察した写真．左は E = 0 V/m のときであり，電子ビームは装置対称軸から∼20 mm の地点にある．右は E = 45 kV/m のときであり，ビームは対称軸付近まで偏向されている．図 2 トラップへの入射から 1.3 ms 後にポテンシャルバリアを開けたときの蛍光板の発光の様子．対称軸付近に電子プラズマが収斂しており，平衡状態に近づいていることがわかる．