放電プラズマのシース熱流束の基礎特性

放電プラズマのシース熱流束の
基礎特性
大阪府立大工
発表者：米田典宏
松浦寛人、中田真吾、道本圭司、沼野正溥
発表内容
プラズマから固体へ流入する熱流束
熱電対を用いて測定したターゲットの
温度変化より熱流束を推定
直流グロー放電プラズマに適応
動作ガス、放電電流、ターゲット電位等を変化させ
熱流束密度q及びシース熱伝達因子γ(=q/TeΓ)を調
べた。
Experimental setup(1)
ターゲット温度変化のモデル化
He 25[Pa] 800[V] 46[mA]
50
T[℃]
45
exp
fitting
40
35
30
0
1000
2000
3000 t[s] 4000
実験結果(熱流束密度q)
He 25[Pa] 700[V] 38[mA]
50
T[℃]
45
exp
fitting
40
35
30
0
1000
2000
3000
t[s]
4000
He 25[Pa] 900[V] 56[mA]
50
T[℃]
45
exp
fitting
40
35
30
0
1000
2000
3000
t[s]
4000
実験結果(入力と出力の関係)
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
10
20
30
実験結果(Sheath transmission factor γ)
25
20
15
10
5
0
3
4
5
Experimental setup(2)
実験結果(バイアス電圧と熱流束密度の関係)
300
2
250
1
0
200
-1
150
-2
100
-3
50
-4
0
-5
-50
50
150
250
350
まとめ
・プラズマと接する固体ターゲットの温度変化より熱流束を推
定する方法を考え、直流グロー放電プラズマに適応
・直流グロー放電において放電電流の増加に対してターゲット
に流入する熱流束が増加
・シース熱伝達因子γのイオン質量に対する依存性は理論と
同様に小さいが、実験値は理論値よりも大きくなった。
・ターゲットに流入する熱流束は、ターゲットにかけられるバイ
アス電圧Vbに影響を受ける。Vbを0→200[V]にすると、qは
約1/4となった。
今後の予定
・バイアス電圧Vbのさらに大きい領域でのqの変化を調べる。
また、今回は窒素のみで測定を行ったので、他の動作ガス
においても同様に測定する
・粒子シミュレーションによる結果との比較、検討
Sheath transmission factor γ
実験結果(Vb-γ)
25
1
J/eΓ
0.5
γ
J/eΓ
γ
20
0
15
-0.5
10
-1
5
-1.5
0
-2
-50
50
150
250
Vb[V]
350

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