Subject of Research
Understandings of Structural Formation and Its Control toward Applications in Plasmas
- Large Diameter, High-Density Plasma Production Mechanism and Its Controlled Applications (Helicon Wave)
- Space Plasma and Its Applications [Scientifice Research (B) and (S) (Grant-in-Aid for Scientific Research) (MEXT)] (RF Wave, Turbulence, Plasma Flow Control & Plasma Propulsion (Helicon Rocket))
- High Plasma Rotation and Eddies (+ Ion Mass Separation) (Voltage Biasing)
- High Beta Plasma Production and Its Characteristics (Helicon Wave)
- Wave Characteristics under Various Conditions (Whistler Wave)
- Control of Plasma Profile (Wave Excitation, Magnetic Field Configuration, Voltage Biasing)
- Density Transition in Bistable System (Voltage Biasing)
- Drift Wave Turbulence Phenomenon and Its Control [Specially Promoted Research (Grant-in-Aid for Scientific Research) (MEXT)] (Helicon Wave)
様々な高密度ヘリコンプラズマ
[ Various High-Density Helicon Plasmas ]
生成されたプラズマ光、実験装置、
及び将来の先進プラズマロケットの概念
[ Generated Plasma, Experimental Device and Concept of Future Advanced Plasma Rocket ]
高密度プラズマ源開発とそれを用いたプラズマ中の構造形成などの非線形現象の理解とその制御、種々の応用への展開を主眼としています。
主な研究テーマ1
●高周波（ヘリコン波、ICP (誘導性結合型プラズマ) 等)による大口径・高密度プラズマ生成、生成機構解明、応用研究
(高密度プラズマ源、イオン源として多くの分野に重要)
主な研究テーマ2
●宇宙関連 （宇宙で観測される高周波波動や乱流現象の解明、先進プラズマ推進 (プラズマロケット))
(完全無電極による高密度プラズマ生成と新電磁推進によるプラズマ流制御は、産業応用にも重要)
[科学研究費 基盤研究(S)等によるサポート]
主な研究テーマ3
●プラズマにおける超音速プラズマ流 (マッハ 1 を越える高速回転や軸方向流、及び強い速度シェア流) と
不安定性
(電場と回転、渦の動的挙動や密度遷移現象、異種イオン分離を含む)
(産業応用、核融合などにも有用)
(科学研究費 基盤研究(B)等によるサポート)
主な研究テーマ4
●高ベータプラズマ生成とその特性 （高密度ヘリコンプラズマの応用） (基礎から宇宙、核融合研究にも有用)
主な研究テーマ5
●磁気中性点近傍や様々な磁場配位下での波動伝搬現象の解析
（非線形波動を含む） (基礎から宇宙を含む応用にも有用)
主な研究テーマ6
●プラズマ分布制御 （波動、磁場、バイアスなどによる制御法) (基礎から応用まで役立つ分野が広い)
主な研究テーマ7
●ドリフト波乱流現象とその制御 （高密度ヘリコンプラズマの応用） (磁場存在下で普遍的にこのドリフト波不安定性が見られるため、様々な分野に重要) (科学研究費 特別推進研究等によるサポート)
●プラズマにおける高速流の生成と制御 (超音速流、高シェア流、異種イオン分離と、ホローからピークした密度分布までの制御の例: PDF File の 3 頁目)、カオス的現象、ヒステリシス、相変化 （密度遷移等） (遷移現象の例 1: PDF File、 遷移現象の例 2: PDF File、 遷移現象の例 3: PDF File の 3 頁目右下) 及び、プラズマにおける新分野の開拓や新規の展開が出来る物理的に興味深い研究とそれを用いた応用研究も目指しています。
文部科学省の核融合科学研究所と種々の共同研究や、ウクライナ共和国のシャムライ博士（理論家） (Dr. K. P. Shamrai) とのヘリコン波に関する共同研究も継続して行っています。アメリカのウエストバージニア大 (West Virginia University) とのプラズマ流のシェアに関する共同実験研究、アメリカのアイオワ大 (University of Iowa) との先進レーザー誘起蛍光法に関する共同実験研究、及び学内、九大、名古屋大、山口大の実験家と理論家の先生方との様々な議論、研究も進めています。
特別推進研究では、アメリカの UCSD、ドイツの プラズマ物理研究所 (グライフスバルト) (IPP, Greifsbald) とも共同研究を始めました。
●更に文部科学省の宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究本部と共同研究 (東海大も含む) で、 1. 電離層プラズマ中の乱流現象の実験室シミュレーション、 2. 高周波領域での波動実験シミュレーション、3. ヘリコン波とその応用 （へリコンプラズマロケットなど） も行っています。 (下の装置写真参照)
そこでは、 スペースプラズマ専門委員を務め、共同研究の推進に貢献していると同時に、 2003年から宇宙関連プラズマ研究会も立ち上げました。理学、工学や実験/観測、理論、シミュレーションに限らず、宇宙のプラズマに関連する様々なトピックスを自由に議論して視野を広げ、異なる研究分野や研究者と相互交流し今後の皆様の新研究や共同研究の展開に資するところがあればとの趣旨から始めました。
[研究会プログラム(2003年度-2007年度) (PDF File) 、 2005 年度研究会講演集 (PDF File) 、 2006 年度研究会講演集 (PDF File)、2007/2008 年度研究会講演集 (PDF File)]
●なお、開発した高密度へリコンプラズマ源装置 (下のヘリコンプラズマ光の写真参照) は、世界最大サイズ (長さ 486 cm、直径 75 cm: 2.1 立米) となりました (No. 2 は九大の我々のラージミラー装置で、世界の他の装置は宇宙研の数十分の一以下です)。従来の世界のデータを遙かに凌ぐ非常に高効率の高密度プラズマ (PDF File の 2 頁目) が得られており、 特許も二件取得(PDF File) し今後の発展が期待出来ます。
最近は超低アスペクト比(軸長を直径で割ったもの)が0.075と、世界最小値 を達成しています(直径74 cmで、軸長はわずか5.5 cm)。この波動現象は物理的にも興味深い一方、将来のプラズマ応用源やプラズマロケット研究に有用です。
(宇宙研の世界最大のヘリコンプラズマ実験装置類: PDF File 及び 高密度へリコンプラズマによる種々発光例: PDF File )
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| 世界最大のヘリコンプラズマ (The Largest Helicon Plasma) |
高密度プラズマ発生装置（宇宙研） (High Density Plasma Production Device at ISAS/JAXA) |
高密度プラズマ発生装置内の プラズマ (BaO放電) (Plasma in This Device (BaO Discharge)) |
別の共同研究(学内の東京農工大などとのグループ)では、新アイデアに基づく世界最小 のヘリコンプラズマ生成・新電磁加速の先端実験と理論解析も行っています。これはプラズマ物理学的にも興味深く、 プラズマロケットや種々のプラズマ応用にも有用です。
現在、上記の先端的ヘリコンプラズマ研究成果を基に、科学研究費補助金 基盤研究(S) 「ヘリコン源を用いた先進的無電極プラズマロケットエンジンの研究開発」の補助を受け、異分野の国内外の研究者の方々と議論しながら「高効率で完全無電極(長寿命)の高密度ヘリコンプラズマエンジンを利用した深宇宙探査」等を目標に研究を鋭意進めています。
同時に宇宙航空研究開発機構とも共同研究 [スペースプラズマ研究や大型In Space Propulsion (電気推進)] も進めています。
（なお平成 14年度からは、九州大学に宙空環境センターが発足し、宙空環境模擬実験部門を併任していました。
ここでは、太陽風と地球磁気圏からなる宙空プラズマ環境を模擬した実験的研究がテーマでしたが、東京農工大へ異動に伴い終了しました。）
