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論文
A convergent gas feeding method is proposed to alleviate neutral gas depletion near the central plasma region in typical electrodeless radio-frequency (RF)/helicon plasma thrusters. To achieve further performance improvement, the SuperSonic Gas Puffing (SSGP) system is one of the methods that is expected to overcome the above-mentioned depletion and the density limit. This study discovered that the spatiotemporal profiles of the neutral pressure and the estimated gas diffusion angle vary depending on the SSGP gas feeding condition, i.e., the nozzle size, filling pressure, and the valve opening time. Convergent gas feeding is successfully conducted using the SSGP method in a vacuum. As a preliminary study, high-density plasma is also obtained in the vicinity of the gas injection region using the developed SSGP system. The effects of the gas feeding position and an external divergent magnetic field on the plasma density are investigated. A suitable gas feeding position/region exists for plasma generation using the RF/helicon plasma thruster.
AIP Publishing, 2022年08月01日, Review of Scientific Instruments, 93 (8), 083501 - 083501, 英語[査読有り]
研究論文（学術雑誌）
The use of a cusp magnetic field is studied to improve the thrust performance of small electrodeless radio frequency (RF) plasma thrusters based on a theoretical analysis of a magnetized inductively coupled plasma. In this type of thruster, electrons play a critical role in determining the thrust performance. The electron energy probability function (EEPF) and two-dimensional profiles of the plasma parameters in the cusp-type magnetic field RF thruster are investigated to characterize the plasma flow. Non-Maxwellian EEPFs were obtained, which correspond to the pressure and plasma potential profiles in the plasma plume. In addition, the axial ion velocity was measured, and the presence of ion flux in the downstream direction is revealed, indicating ideal ion acceleration.
AIP Publishing, 2022年05月07日, Journal of Applied Physics, 131 (17), 173302 - 173302, 英語[査読有り]
研究論文（学術雑誌）
The radio-frequency (RF) plasma thruster has been studied to overcome the issue of a reduced lifetime of plasma thrusters due to electrode erosion, and it has been reported that a nonuniform magnetic field near the RF antenna improves the thrust performance. In this study, to obtain knowledge for optimizing the configuration of the thruster and the magnetic field, the RF discharge in a nonuniform magnetic field is numerically investigated focusing on RF power absorption and plasma generation, and the effect of the positional relation between the magnetic cusp and the RF antenna on the RF discharge is discussed. We adopt the two-fluid plasma model considering ions and electrons and confirm the qualitative validity of the simulation by comparing the simulation results with the results of a laboratory experiment. The simulation reveals that the energy transport due to the [Formula: see text] drift from the region of RF power absorption near the RF antenna determines the distributions of the plasma generation and temperature. Therefore, the plasma distribution changes depending on the RF antenna position and the phase of the RF period because the [Formula: see text] drift direction changes depending on the directions of the electric and magnetic fields. In addition, we find that it is important to place the antenna in a strong magnetic field for effective power absorption because this increases the azimuthal diamagnetic current.
AIP Publishing, 2022年02月28日, Journal of Applied Physics, 131 (8), 083302 - 083302, 英語[査読有り]
研究論文（学術雑誌）
- AIP Publishing, 2021年07月, Physics of Plasmas, 28 (7), 073507 - 073507, 英語
[査読有り]
研究論文（学術雑誌）
- AIP Publishing, 2019年03月, Physics of Plasmas, 26 (3), 033505 - 033505, 英語
[査読有り]
研究論文（学術雑誌）
- IOP Publishing, 2019年01月01日, Plasma Physics and Controlled Fusion, 61 (1), 014017 - 014017, 英語
[査読有り]
研究論文（学術雑誌）
- AIP Publishing, 2018年04月, Review of Scientific Instruments, 89 (4), 043505 - 043505, 英語
[査読有り]
研究論文（学術雑誌）
We have proposed Rotating Magnetic Field (RMF) acceleration method as one of electrodeless plasma accelerations. In our experimental scheme, plasma generated by an rf (radio frequency) antenna, is accelerated by RMF antennas, which consist of two-pair, opposed, facing coils, and these antennas are outside of a discharge tube. Therefore, there is no wear of electrodes, degrading the propulsion performance. Here, we will introduce our RMF acceleration system developed, including the experimental device, e.g., external antennas, a tapered quartz tube, a vacuum chamber, external magnets, and a pumping system. In addition, we can change RMF operation parameters (RMF applied current I-RMF and RMF current phase difference phi, focusing on RMF current frequency f(RMF)) by adjusting matching conditions of RMF, and investigate the dependencies on plasma parameters (electron density n(e) and ion velocity v(i)); e.g., higher increases of n(e) and v(i) (similar to 360 % and 55 %, respectively) than previous experimental results were obtained by decreasing fRMF from 5 MHz to 0.7 MHz, whose RMF penetration condition was better according to Milroy's expression. Moreover, time-varying component of RMF has been measured directly to survey the penetration condition experimentally. (C) 2017 Author(s).
AMER INST PHYSICS, 2017年11月, AIP ADVANCES, 7 (11), 英語[査読有り]
研究論文（学術雑誌）
As one of the electromagnetic plasma acceleration systems, we have proposed a rotating magnetic field (RMF) acceleration scheme to overcome the present problem of direct plasma-electrode interactions, leading to a short lifetime with a poor plasma performance due to contamination. In this scheme, we generate a plasma by a helicon wave excited by a radio frequency (rf) antenna which has no direct-contact with a plasma. Then, the produced plasma is accelerated by the axial Lorentz force f(z) = j(theta) x B-r (j(theta) is an azimuthal current induced by RMF, and Br is an external radial magnetic field). Erosion of electrodes and contamination are not expected in this total system since RMF coils and an rf antenna do not have contact with the plasma directly. Here, we have measured the plasma parameters (electron density ne and axial ion velocity vi) to demonstrate this RMF acceleration scheme by the use of AC currents in two sets of opposing coils to generate a RMF. The maximum increasing rate Delta(vi) /v(i) was similar to 28% (maximum v(i) of similar to 3 km/s), while the density increasing rate of Delta n(e)/n(e) is similar to 70% in the case of a RMF current frequency f(RMF) of 3 MHz, which showed a better plasma performance than that with f(RMF) = 5MHz. Moreover, thrust characteristics such as a specific impulse and a thrust efficiency were discussed, although a target plasma was not optimized. Published by AIP Publishing.
AMER INST PHYSICS, 2017年04月, PHYSICS OF PLASMAS, 24 (4), 英語[査読有り]
研究論文（学術雑誌）
MISC
- 2021年11月, 第65回宇宙科学技術連合講演会, 日本語, Paper_Sample65-1_農工大古川_ver.3.2.pdf, プレプリント・著者最終稿, パスワードがあり無電極電磁加速型スラスタの電磁加速力増強の検証
研究発表ペーパー・要旨（全国大会，その他学術会議）
- 2020年10月, 第64回宇宙科学技術連合講演会電気推進・先端推進部門企画OS18「波動推進および将来型宇宙推進（4）」, 日本語, 4_Paper_Sample63m_TFurukawa2020_ver.2.pdf, プレプリント・著者最終稿, パスワードがありRMF加速法をもちいた無電極RF電気推進のRMF回転周波数依存検証
研究発表ペーパー・要旨（全国大会，その他学術会議）
- American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2020年08月24日, AIAA Propulsion and Energy 2020 Forum, 英語
研究発表ペーパー・要旨（国際会議）
- American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2020年08月24日, AIAA Propulsion and Energy 2020 Forum, 英語
研究発表ペーパー・要旨（国際会議）
- American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2020年08月24日, AIAA Propulsion and Energy 2020 Forum, 英語
研究発表ペーパー・要旨（国際会議）
- 2019年11月, 第63回宇宙科学技術連合講演会 電気推進・先端推進部門企画OS-07-2「高エネルギー電磁波の宇宙推進への応用」, 日本語, 2_Paper_Sample63m_TFurukawa.pdf, プレプリント・著者最終稿, パスワードがありRMF 追加速法を用いたRF 無電極プラズマ推進
研究発表ペーパー・要旨（全国大会，その他学術会議）
- 2019年09月, The 36th International Electric Propulsion Conference (IEPC), 英語, 3_IEPC2019_Furukawa198.pdf, プレプリント・著者最終稿, パスワードが無いElectrodeless Helicon Plasma Thruster Employing Additional Electromagnetic Acceleration Methods
研究発表ペーパー・要旨（国際会議）
- 2017年10月, The 35th International Electric Propulsion Conference (IEPC), 英語, 2_20170921_iepc_paper_furukawa1.3 (1).pdf, プレプリント・著者最終稿, パスワードが無いTwo Dimensional Characteristics of Electromagnetic Plasma Acceleration by Using Rotating Magnetic Field
研究発表ペーパー・要旨（国際会議）
- 2017年06月, 31st International symposium on Space Technology and Science (ISTS), 英語, 1_20170414_ISTS2017_student session_M1古川final.pdf, プレプリント・著者最終稿, パスワードがありParameter Survey on Rotating Magnetic Field Acceleration Method
研究発表ペーパー・要旨（国際会議）
講演・口頭発表等
- The 11th Asian Joint Conference on Propulsion and Power, 2023年03月17日, 英語Evaluation of Electron Energy Probability Function in an RF Plasma Thruster Using a Single Helical Antenna
口頭発表（一般）
- 令和4年度電気学会関西連合大会, 2022年11月26日, 日本語単一ヘリカルアンテナ型電気推進エンジン模擬実験装置におけるプラズマ流内の電子エネルギー評価に関する研究
口頭発表（一般）
- プラズマ・核融合学会第39回年会, 2022年11月24日, 日本語回転磁場プラズマ加速を用いた無電極電気推進におけるイオン流速評価
ポスター発表
- プラズマ・核融合学会第39回年会, 2022年11月24日, 日本語二次電子放出を利用した高速イオンからのエネルギー回収におけるカスプ磁場による二次電子捕集量向上に関する研究II
ポスター発表
- プラズマ・核融合学会第39回年会, 2022年11月24日, 日本語ヘリウム3燃料核融合直接発電におけるイオン-イオン分離の模擬実験II
- プラズマ・核融合学会第39回年会, 2022年11月24日, 日本語ダイバータ熱負荷低減模擬実験のためのバイアス型カロリーメータによる熱量測定II
ポスター発表
- プラズマ・核融合学会第39回年会, 2022年11月23日, 日本語原型炉ダイバータプラズマ模擬に向けた、２ターンフラットループアンテナによる定常高密度ヘリコンプラズマの生成と特性評価
ポスター発表
- The 31st International Toki Conference on Plasma and Fusion Research, 2022年11月09日, 英語Investigation of ion acceleration in electrodeless plasma thruster using rotating magnetic field acceleration method
ポスター発表
- The 31st International Toki Conference on Plasma and Fusion Research, 2022年11月08日, 英語Development of Steady State HighDensity Helicon Plasma Source with 2- turn Flat Loop Antenna for DEMO Divertor Simulation Experiment
ポスター発表
- The 31st International Toki Conference on Plasma and Fusion Research, 2022年11月08日, 英語Analysis of deterioration of particle separation performance in a cusp-type direct energy converter simulator
ポスター発表
- The 31st International Toki Conference on Plasma and Fusion Research, 2022年11月08日, 英語Efficiency dependence on deceleration voltage in a simulation experiment of traveling wave direct energy converter
ポスター発表
- The 31st International Toki Conference on Plasma and Fusion Research, 2022年11月08日, 英語Heat quantity measurement for a simulation experiment of divertor thermal load reduction by direct energy conversion
ポスター発表
- 第14回核融合エネルギー連合講演会, 2022年07月07日, 日本語リング型永久磁石のカスプ磁場によるダイバータ熱負荷低減模擬実験II
ポスター発表
- International Electric Propulsion Conference 2022, 2022年06月23日, 英語Ion Flow Velocimetry in Radio Frequency Plasma Thruster Using Additional Rotating Magnetic Field Acceleration Method
口頭発表（一般）
- 2022年 第69回 応用物理学会春季学術講演会, 2022年03月22日, 日本語フラットループアンテナを用いた 定常高密度ヘリコンプラズマ源の低電力試験
口頭発表（一般）
- 33rd ISTS, 10th NSAT & 14th IAA LCPM, 2022年03月03日, 英語Dependence of Electromagnetic Force on Applied Current in Electrodeless Plasma Thruster Using m = 0 Half-cycle Acceleration Method
口頭発表（一般）
- 33rd ISTS, 10th NSAT & 14th IAA LCPM, 2022年03月03日, 英語Numerical analysis on effect of magnetic cusp on discharge characteristic in RF plasma thruster
口頭発表（一般）
- 令和3年度宇宙輸送シンポジウム, 2022年01月14日, 日本語カスプ磁場型無電極RFプラズマスラスタにおいて放電管径が推進性能に及ぼす影響
口頭発表（一般）
- AIAA SCITECH 2022 Forum, 2022年01月06日, 英語Feedback Control of Flow Separation over Airfoil with Deep Reinforcement Learning in Numerical Simulation
口頭発表（一般）
- 第38回プラズマ・核融合学会年会, 2021年11月24日, 日本語m＝0半周期加速法を使用した無電極電気推進機の電磁加速効果の検証
ポスター発表
- 第38回プラズマ・核融合学会年会, 2021年11月23日, 日本語定常高密度ダイバータ模擬プラズマ生成に向けたフラットループアンテナを用いた高周波プラズマ源の開発
ポスター発表
- 第38回プラズマ・核融合学会年会, 2021年11月23日, 日本語超音速ガスパフによる中性粒子ビームの生成と評価法開発
口頭発表（一般）
- 63rd Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics, 2021年11月09日, 英語Spatial Profiles of Ion Flow Accelerated by Using Electromagnetic Plasma Acceleration Method in Electrodeless RF Plasma Thruster
ポスター発表
- 第65回宇宙科学連合講演会, 2021年11月11日, 日本語無電極電磁加速型スラスタの電磁加速力増強調査
口頭発表（一般）
- 5th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics, 2021年10月01日, 英語Generation and measurement methods for neutral gas beam using supersonic gas puffing
[招待有り]
口頭発表（招待・特別）
- 第53回流力講演会, 2021年07月02日, 日本語DBDプラズマアクチュエータのBOS計測に向けた壁面および背景画像の歪みの影響の研究
口頭発表（一般）
- 令和２年度 宇宙輸送シンポジウム, 2021年01月14日, 日本語超音速ガスパフによる高周波プラズマの生成
口頭発表（一般）
- 令和２年度 宇宙輸送シンポジウム, 2021年01月14日, 日本語無電極回転磁場法における回転磁場周波数がプラズマ加速に与える影響調査
口頭発表（一般）
- 第34回数値流体力学シンポジウム, 2020年12月23日, 日本語プラズマアクチュエータを用いた角柱の交流制御において前縁および後縁形状が及ぼす影響
口頭発表（一般）
- 第37回プラズマ・核融合学会 年会, 2020年12月01日, 英語無電極回転磁場加速法による電磁加速効果の回転周波数依存性検証
ポスター発表
- 62nd Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics, Virtual DPP meeting, 2020年11月11日, 英語2D Spatial Profiles of Ion Velocity Distribution Functions in Rotating Magnetic Field Plasma Acceleration Method
ポスター発表
- 4th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics, 2020年10月30日, 英語Study of advanced gas feeding methods for radio-frequency plasma thruster
[招待有り]
口頭発表（招待・特別）
- 4th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics, 2020年10月27日, 英語Experimental Study of Additional Plasma Acceleration Method Using Rotating Magnetic Field in Electrodeless Plasma Propulsion
[招待有り]
口頭発表（招待・特別）
- 第64回宇宙科学技術連合講演会, 2020年10月27日, 日本語カスプ磁場型RFプラズマスラスタにおける排気プラズマ流のイオンエネルギー分布計測
口頭発表（一般）
- 第64回宇宙科学技術連合講演会, 2020年10月27日, 日本語RMF加速法をもちいた無電極RF電気推進のRMF回転周波数依存性調査
口頭発表（一般）
- AIAA Propulsion and Energy 2020 Forum, 2020年08月26日, 英語Characteristics of Traveling Magnetic Field Acceleration for Electrodeless RF Plasma Thruster
口頭発表（一般）
- AIAA Propulsion and Energy 2020 Forum, 2020年08月26日, 英語Electrodeless Plasma Propulsion with Electromagnetic Acceleration Effect by Using Rotating Magnetic Field Current Drive Method
口頭発表（一般）
- AIAA Propulsion and Energy 2020 Forum, 2020年08月26日, 英語Plasma Fluid Simulation of RF Discharge in Non-Uniform Magnetic Field for RF Plasma Thruster
口頭発表（一般）
- 令和元年度 宇宙輸送シンポジウム, 2020年01月16日, 日本語無電極rfプラズマスラスタにおける回転磁場加速への印加周波数の影響
口頭発表（一般）
- 令和元年度 宇宙輸送シンポジウム, 2020年01月16日, 日本語無電極RFプラズマスラスタのアンテナとカスプ磁場配位がプラズマ特性に与える影響
口頭発表（一般）
- 令和元年度 宇宙輸送シンポジウム, 2020年01月16日, 日本語非一様磁場型RFプラズマスラスタの磁場強度がプラズマ流に与える影響
口頭発表（一般）
- 第36回プラズマ・核融合学会 年会, 2019年12月02日, 日本語, 国内会議高周波プラズマスラスターにおける中性粒子供給位置の検討
ポスター発表
- 第36回プラズマ・核融合学会 年会, 2019年11月30日, 日本語, 国内会議回転磁場加速法における時間変動磁場強度依存性調査
口頭発表（一般）
- 第36回プラズマ・核融合学会 年会, 2019年11月29日, 日本語, 国内会議非一様磁場形状を用いた無電極RFプラズマスラスタのプラズマ特性
ポスター発表
- 第33回数値流体力学シンポジウム, 2019年11月27日, 日本語, 国内会議カスプ磁場型RFプラズマスラスタにおけるアンテナ位置がRF放電特性に与える影響
口頭発表（一般）
- 第5回宇宙太陽発電シンポジウム, 2019年11月22日, 日本語, 国内会議電気推進機の長寿命化を目指した無電極RFプラズマスラスタの研究開発
口頭発表（一般）
- 第63回宇宙科学技術連合講演会, 2019年11月08日, 日本語, 国内会議非一様磁場型無電極RFプラズマスラスタの排気プラズマ計測と性能評価
口頭発表（招待・特別）
- 第63回宇宙科学技術連合講演会, 2019年11月08日, 日本語, 国内会議RMF追加速法を用いたRF無電極プラズマ推進
口頭発表（招待・特別）
- 61st Annual Meeting of the APS (American Physical Society) Division of Plasma Physics 2019,, 2019年10月23日, 英語, 国際会議Helicon Plasma Thruster Employing Rotating Magnetic Field Plasma Acceleration Method
ポスター発表
- The 36th International Electric Propulsion Conference (IEPC), 2019年09月18日, 英語, 国際会議Electrodeless Helicon Plasma Thruster Employing Additional Electromagnetic Acceleration Methods
口頭発表（一般）
- The 36th International Electric Propulsion Conference (IEPC), 2019年09月16日, 英語, 国際会議Studies on Helicon Plasma Thruster and Measurement Methods
ポスター発表
- 平成 30 年度宇宙輸送シンポジウム 非化学推進部門, 2019年01月17日, 日本語, 国内会議Estimation of electromagnetic force in electrodeelss plasma acceleration employing RMF method
口頭発表（一般）
- 第35回プラズマ・核融合学会 年会, 2018年12月05日, 日本語, 国内会議Estimation of Plasma Acceleration in Rotating Magnetic Field Method
ポスター発表
- The 27th Toki Conference on Plasma and Fusion Research & The 13th Asia Pacific Plasma Theory Conference, 2018年11月19日, 英語, 国際会議Measurement of Azimuthal Current in Rotating Magnetic Field Plasma Acceleration Method
ポスター発表
- 2nd Asia-Pacific Conference on Plasma Physics (AAPPS-DPP 2018), 2018年11月16日, 英語, 国際会議Study on Helicon Plasma Thruster using Internal Gas Feeding Method
口頭発表（一般）
- 2nd Asia-Pacific Conference on Plasma Physics (AAPPS-DPP 2018), 2018年11月15日, 英語, 国際会議High-Dense, Helicon Plasma Acceleration Using Rotating Magnetic Field Method
ポスター発表
- 60th Annual Meeting of the APS (American Physical Society) Division of Plasma Physics 2018, 2018年11月06日, 英語, 国際会議Spatially Excited Magnetic Field Profiles in Rotating Magnetic Field Plasma Acceleration Scheme
ポスター発表
- 19th International Congress on Plasma Physics (ICPP), 2018年06月05日, 英語, 国際会議Spatial Magnetic Field Measurement in Electrodeless Plasma Propulsion Scheme Using Rotating Magnetic Field
ポスター発表
- 19th International Congress on Plasma Physics (ICPP), 2018年06月05日, 英語, 国際会議Overview of Helicon Electrodeless Advanced Thruster (HEAT) Project
ポスター発表
- 平成 29 年度宇宙輸送シンポジウム 非化学推進部門, 2018年01月19日, 日本語, 国内会議Experiment on Electrodeless Plasma Acceleration by RMF Antenna
口頭発表（一般）
- 26th International Toki Conference and 11th Asia Plasma & Fusion Association Conference, 2017年12月05日, 英語, 国際会議Study on Plasma Characteristics Using RMF Plasma Acceleration Method
ポスター発表
- Plasma Conference 2017, 2017年11月21日, 英語, 国際会議Characteristics of Plasma Performance by RMF Acceleration Method
ポスター発表
- 59th Annual Meeting of the APS (American Physical Society) Division of Plasma Physics 2017, 2017年10月25日, 英語, 国際会議Plasma Acceleration by Rotating Magnetic Field Method Using Helicon Source
ポスター発表
- The 35th International Electric Propulsion Conference (IEPC), 2017年10月09日, 英語, 国際会議Experimental study of Helicon Plasma Thruster using Advanced Acceleration Method
ポスター発表
- The 35th International Electric Propulsion Conference (IEPC), 2017年10月09日, 英語, 国際会議Two Dimensional Characteristics of Electromagnetic Plasma Acceleration by Using Rotating Magnetic Field
口頭発表（一般）
- 31st International symposium on Space Technology and Science (ISTS) 2017, 2017年06月08日, 英語, 国際会議Parameter survey on Rotating Magnetic Field Acceleration
口頭発表（招待・特別）
- 31st International symposium on Space Technology and Science (ISTS) 2017, 2017年06月07日, 英語, 国際会議Characteristics of Helicon Plasma Thruster using Advanced Acceleration Methods
ポスター発表
- 平成 28 年度宇宙輸送シンポジウム 非化学推進部門, 2017年01月20日, 日本語, 国内会議Characteristics of Electrodeless Plasma Acceleration by Rotating Magnetic Field Method (II)
口頭発表（一般）
- 平成 28 年度宇宙輸送シンポジウム 非化学推進部門, 2017年01月20日, 日本語, 国内会議Characteristics of Electrodeless Plasma Acceleration by Rotating Magnetic Field Method (I)
口頭発表（一般）
- 第33回プラズマ・核融合学会 年会, 2016年12月01日, 日本語, 国内会議Two Dimensional Plasma Characteristics by Rotating Magnetic Field Acceleration Method
ポスター発表
- 第33回プラズマ・核融合学会 年会, 2016年12月01日, 日本語, 国内会議Experiments on Electrodeless Plasma Acceleration by Rotating Magnetic Field in Divergent Magnetic Field
ポスター発表
- International Conference on Plasma Physics (ICPP) 2016, 2016年11月11日, 英語, 国際会議Study on Electromagnetic Plasma Acceleration Using Rotating Magnetic Field Scheme
口頭発表（一般）
- 58th Annual Meeting of the APS (American Physical Society) Division of Plasma Physics, 2016年10月31日, 英語, 国際会議Electrodeless RF Propulsion by Rotating Magnetic Field Method
その他
- 平成 27 年度宇宙輸送シンポジウム 非化学推進部門, 2016年01月14日, 日本語, 国内会議Experiment on Electrodeless Plasma Acceleration by Rotating Magnetic Field Method
口頭発表（一般）
- 第32回プラズマ・核融合学会 年会, 2015年11月26日, 日本語, 国内会議Electrodeless Acceleration by Rotating Magnetic Field Method using High Density Helicon Plasma Source
ポスター発表
所属学協会
共同研究・競争的資金等の研究課題
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 若手研究, 若手研究, 神戸大学, 2022年04月 - 2025年03月時空間変動磁場下の微粒子プラズマの物理挙動解明と電磁加速型無電極推進への影響調査
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(B), 基盤研究(B), 神戸大学, 2020年04月 - 2024年03月, 研究分担者進行波型直接エネルギー変換器の変調効果時間変化解析と自励発振の研究
令和2年度は，3つの副課題を並行して進めた．進捗状況は８．で説明するが，予測しがたい研究環境の激変があり，それぞれの進捗に影響があった． 1)副課題1：可変径大口径イオン源の製作では，設計と一部部品の調達を行った．構造の概略設計を行い，プラズマ源としてφ100mm，長さ900mmのガラス管を用い，150Aステンレス管で800l/sの排気ポンプと接続する．ガスは，実績のあるピエゾバルブを利用して，パルス的に注入する．排気管には，エネルギー変換部との接続に用いる100Aの枝管を設ける．また，ビーム径は3枚のアパーチャで変化させることとし，同じく排気管を利用して設置する．磁場は7500ATのコイル6個を用い，最大600G以上の一様磁場を長さ50cm以上形成する． 2)副課題2：径方向散乱分析のための模擬実験については，感染症流行への対応で主担当者のエフォートを十分に確保できず，遅れが生じている．また，実験そのものにおいて，十分なビーム電流が得られず，電流増大に向けてイオン源のプラズマ発光強度とビーム電流との相関分析を行ったが，期待した相関を見いだせていない．プラズマ源内の磁場構造の見直しが必要と考えられる． 3)副課題4：模擬実験結果の数値解析では，既存の進行波型直接エネルギー変換器粒子軌道計算コードで粒子の散乱過程を扱える拡張を行う．主担当予定者が他機関へ異動して研究組織を離脱したため，計画に遅れが生じている．現在，元コードを拡張するコーディングの途上にある．
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 若手研究, 若手研究, 東京農工大学, 2020年04月01日 - 2022年03月31日先進的無電極プラズマ電磁加速法の電磁加速力に支配的な条件解明に基づく設計理論構築
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 特別研究員奨励費, 特別研究員奨励費, 東京農工大学, 2018年04月25日 - 2020年03月31日, 研究代表者高密度ヘリコンプラズマ源を用いた先進的無電極プラズマ加速法の研究開発
本研究で提案する次世代型無電極プラズマ加速法の一つである回転磁場（Rotating Magnetic Field: RMF）プラズマ加速法の原理実証のため、実験的アプローチにより加速効果の検証、加速メカニズムの解明を行うものである。プラズマ内部にRMFを印加し、非線形効果に起因する周方向電流を駆動する。この電流と外部発散磁場の径方向成分に起因する軸方向ローレンツ力によりプラズマを加速する。本加速スキームでは従来電気推進機にみられる電極損耗がなく、これによる推進効性能の低減、推進機寿命の制限等の問題が無いため、長期的深宇宙探査といった将来型宇宙開発での利用が期待されている。 採用第1年目では、RMFアンテナ領域におけるRMFの時間変動成分の時空間分布計測を行った。これにより、RMFのプラズマ中への浸透評価を実験的に行った。さらに、プラズマの非線形効果（ホール効果）に起因する印加電流周波数の2倍高調波成分を周波数解析により導出した。この2倍高調波成分磁場分布から、RMFアンテナ領域における時間変動周方向電流密度分布を算出した。さらに、RMFアンテナ内部の周方向電流及び軸方向ローレンツ力を評価し、RMF由来の電磁加速効果を確認した。 本研究では2組の対向コイルを用いて回転磁場を発生させるが、この対向コイル間の印加電流位相差を変化させることで、RMFの回転方向および振動方向を変化させることができる。RMF由来の周方向電流駆動実証のアプローチとして、RMFの回転方向を変化させた際の、周方向電流の駆動方向や強度依存を評価した。結果として、正の電磁加速力を発生させる位相差で、最大の周方向電流及び正の推力が得られ、RMF印加におけるプラズマ流れの制御及びRMF加速法による推力制御可能性も示唆された。
競争的資金
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 若手研究(B), 若手研究(B), 2016年04月01日 - 2019年03月31日
宇宙用推進機であるヘリコンプラズマスラスタの推進性能を制限しているプラズマ中心の中性粒子枯渇の問題を解決するため、枯渇部に中性粒子を選択的に供給する超音速ガスパフ法と内部供給法を提案し、これらの評価を行った。超音速ガスパフ法については集束ビームが得られることを実験で実証できたが、中性粒子供給量を従来法と同等に抑えることが困難であることが判明した。一方、プラズマ中心に直接ガスパイプを挿入し供給を行う本提案の原理実験を行ったところ、従来のガス供給と比較して推力が1.5倍に向上することが判明した。プラズマ中の中性粒子挙動は不明な点が多い現象だが、本研究はこの挙動の解明に繋がる成果と言える。