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山内 俊彦; 小林 清二*; 杉林 秀之*; 立花 俊之*; 内藤 駿弥*; 管野 善則*; 蛭田 敏仁
Japanese Journal of Applied Physics, 51(1), p.01AA02_1 - 01AA02_7, 2012/01
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Physics, Applied)本研究を開始した頃、内部アンテナにより生起された27MHz高周波(RF)プラズマは、外部アンテナではRFパワーを上げていくとあるRFパワーで突然静電結合型プラズマ(CCP)から誘導結合型プラズマ(ICP)に遷移が観測されるが、内部アンテナではそのような遷移が観測されず、ヒステリシス状(例えばRFパワー対電子密度)の遷移現象は起こらないと考えられていた。ところがわれわれのRFマルチターン内部アンテナによるプラズマ生成実験では、ある任意RFパワーで突然の遷移現象が実験的に観測された。そこではCCPからICPへの遷移は、パシェン則のような特異なガス圧特性を示した。またRFパワー吸収メカニズムと考えられるcollision dumping加熱により電子密度が約2桁も瞬時に上昇するとは考えずらく、その遷移物理は複雑である。それでわれわれはガス排気法を推し進めている途中で、CCPからICPに突然遷移することを初めて観測した。この遷移は排気により封入ガス圧が低下し、その結果温度上昇したため遷移が起きたと考えられた。最後に、プラズマ中で粒子を加速するRFアンテナに自発的に生じた自己バイアス、及びアンテナにかける外部バイアス実験での観測結果についても発表する予定である。
坂本 健作; 小林 清二*
JAEA-Testing 2009-001, 32 Pages, 2009/07
JAEA-Testing-2009-001.pdf:6.86MB
近年、GPU(Graphic Processing Unit)を科学技術計算に用いる事例が増えている。GPUはCPU(Central Processing Units)と比べて、高い浮動小数点演算性能とメモリバンド幅を有していると言われている。そこで、開発環境CUDA(Compute Unified Device Architecture)を用いて、GPUによる科学技術計算の有用性を調査した。調査の結果、原子力研究でも用いられる行列,FFT(Fast Fourier Transform),流体力学等の計算で利用価値が高いことがわかった。一方、高性能な性能を引き出すためには高度なプログラミング技術が必要であり、また、科学技術計算に必要な倍精度演算性能やメモリ誤りの検出等の機能が不十分であることがわかった。
中垣 圭太; 山内 俊彦; 管野 善則*; 小林 清二*; 竹本 亮*
Japanese Journal of Applied Physics, 47(3), p.1745 - 1747, 2008/03
被引用回数：2 パーセンタイル：9.81(Physics, Applied)多数巻きアンテナをチャンバー内に取り付けたCVD装置を開発した。容量結合型プラズマ(CCP)と誘導結合型プラズマ(ICP)間に突然発生する遷移現象の研究を行った。単一の標準遷移以外に、繰返し遷移することを初めて観測した。標準遷移では、CCPモードへの遷移に対するRF吸収パワーの閾値は、Arのガス圧10
100Paでほぼ一定であったが、1.58Paのところで閾値は劇的に上昇した。遷移時間は10Paで8マイクロ秒と速く、さらにガス圧の上昇とともに閉じ込めが改善し、長くなった。CCPモードからICPモードへの突然遷移のトリガーは、電子温度の上昇によると考えられる。
中垣 圭太; 山内 俊彦; 菅野 善則*; 小林 清二*
Japanese Journal of Applied Physics, 47(1), p.797 - 799, 2008/01
被引用回数：1 パーセンタイル：5.16(Physics, Applied)27.12MHzRF加熱プラズマを組み込んだCVD装置を開発し、アドバンストセラミックス、特にダイヤモンドの合成研究を開始した。本装置は、4ターンRFアンテナコイルをチャンバー内部に設置した所に特徴を有する。ここでは、世界で初めて静電結合型プラズマ(CCP)が突然ある閾値パワーを超えると誘導結合型プラズマ(ICP)に遷移することを発見した。プラズマの重要な特性をダブルプローブで測定した所、Te 10eV及びne 10E11cm
で、これは分子の解離に適した特性であった。プラズマ中の不純物を分光学的に調べたが、全く何の不純物のスペクトルも観測できなかった。低パワーRF加熱プラズマでシリコン基板上に、球状ダイヤモンドを合成できた。
山内 俊彦; 小林 清二*; 伊藤 伸一*; 山崎 和彦; 亀井 康孝*; 管野 善則*
環境科学会誌, 19(6), p.507 - 515, 2006/11
Gaussian03を用いた密度汎関数法(B3LYP)計算を行い、ダイオキシン類の特性及び脱塩素化について明らかにした。まず、2個のベンゼン環の面構造は、Co-PCBでは2面が結合軸を中心に37.8度でねじれ、それ以外のPCBでは90度でねじれている。一方、ダイオキシンTCDD及びTCDFで構造最適化すると、2つのベンゼン環は同一平面構造である。また、ダイオキシンの赤外吸収光によるC-Clのストレッチ振動数778cm
等を決定した。次に、C-Clの結合性軌道エネルギー曲線から求めた結合エネルギーは4.15.5eVである。また、塩素原子エネルギーとダイオキシンラジカルエネルギーの和とダイオキシンエネルギーとの差から求めた結合解離エネルギーは3.83.9eVである。それゆえ零点エネルギーは0.381.65eVである。また、結合解離エネルギーは、塩素原子の個数に反比例している。最後に、ほかの脱塩素化のモデルとして水素原子の塩素への接近反応を試行したところ、水素原子による塩素原子引き抜きによる脱塩素化反応が見られた。脱塩素化(引き抜き反応及び光解離)の反応時間は、2240fsである。
小野寺 清二; 菅原 進; 小林 丙午; 芳賀 浩一; 福島 奨*; 七字 勇*; 大野 秋男
JAERI-Tech 2002-070, 77 Pages, 2002/09
JAERI-Tech-2002-070.pdf:8.74MB
NUCEF(燃料サイクル安全工学研究施設)のSTACY(定常臨界実験装置)では、プルトニウムを用いた臨界実験に先立ち、運転時及び点検作業時の安全性を確保するための設備の整備を進めているところである。その整備計画の一環として、炉心タンクに接続されている安全棒駆動装置,給排液・ベント系ノズル等の連結部に用いられているビニルバッグについて、溶着シームの無い密封性に優れたシームレスビニルバッグを試作し、その閉じ込め性能,脱装着操作性等にかかわるモックアップ試験を実施した。その結果、閉じ込め機能を強化した密封性に優れた改良型ビニルバッグの実用化に見通しが得られた。本報告書は、平成13年度に実施したビニルバッグの改良及びモックアップ試験の結果についてまとめたものである。
山内 俊彦; 中垣 圭太*; 管野 善則*; 小林 清二*; 三枝 幹雄*; 竹本 亮*; 山下 直飛人*; 川嶋 友紘*
no journal, ,
アドバンストセラミックスの中でダイヤモンド合成に関しては、高温・高圧や低圧気相合成が、核融合用特殊窓や表面保護用コーティングの有用性から注目されている。この低圧気相合成にはCVD法とイオンビーム・スパッタリング蒸着の2つの流れがあり、ここでは興味深いCVD法(27MHzRFプラズマ)を採用し装置の開発を始めた。このCVD法による合成研究は複雑でまだ理論的に解明されてない点もあり、興味深い。さらにレーザーをターゲット表面のクラスター,分子及び原子等に照射し活性化させることにより合成を制御できると考えられている。実験をサポートする理論的計算としては、結晶の外側をすべて水素原子で終端しGaussian03で計算実験を行う近似法がある。最近は東京大学生産技術研究所で開発されたPHASEコードを使うことにより結晶のダイレクト解析が可能となり、計算精度は向上した。今回は大学との共同研究で進めてきたICPアンテナ内挿型CVDプラズマ発生装置で生成するプラズマの特性や生成膜などに関して述べる。
山内 俊彦; 中垣 圭太; 菅野 善則*; 小林 清二*; 竹本 亮*
no journal, ,
前回の学会では、原子力機構で開始したハイブリッド型CVD装置及び初期実験プラズマについて述べた。そこではRFパワーは100W以下と低かったが、ナノスケールダイヤモンド粒子の生成などに関して報告した。今回は同様の実験装置において、アンテナコイルに直列にコンデンサー(100pF)を加えるなどの改良により、約1kWまで高出力化した。それにより興味あるプラズマ現象のCCPモードからICPモードへの急激な遷移現象を発見した。これまで外部アンテナコイルにおいては、あるRF加熱パワー閾値で電子密度の急激な上昇は観測されていた。しかし、内部アンテナコイルではそのような遷移は生じていず、内部と外部アンテナでは、対照的なプラズマ挙動をするものと考えられていた。またその遷移に関する考察として、電子密度の上昇によるRF吸収パワーの増加を、原因の1つとして挙げている。しかし、これは結果と考えられ、まだわからない部分が多い。これは急激な遷移現象であり、反射パワー,吸収パワー,放射損失パワー等に現れている。また電子密度・温度はプラズマ閉じ込めの改善により急激に上昇したと考えられる。
山内 俊彦; 中垣 圭太; 管野 善則*; 小林 清二*; 竹本 亮*
no journal, ,
複数巻きRFアンテナコイルをチャンバー内部に取り付けたCVD装置を開発し、容量結合型プラズマ(CCP)と誘導結合型プラズマ(ICP)間の突然生ずる遷移現象解明の研究を行った。まず、この遷移は3種類存在することがわかった。一つ目は、通常の遷移(われわれが最初に内部アンテナで発見、standard transition)、次は、CCPとICPを同時に伴う混合遷移(mixed transition)、そして最後は自己変調繰り返し遷移(self-repeated tramsition)である。それらの遷移のRFパワー及びガス圧に関する境界条件を実験的に見つけるとともに、物理的な遷移現象解明に一歩近づけることができた。
山内 俊彦; 中垣 圭太; 管野 善則*; 小林 清二*; 竹本 亮*
no journal, ,
自己発生型(Passive)内部パルスICPプラズマの発生研究では位相整合をはずしておくと、遷移パワー閾値付近で急にICPパルスが自発的に発生した。このパルスはICPであり、パルス間はCCPである。それがある一定の周期で繰返し起こすことに成功した。これはプラズマが意図的に残したある反射パワーを自分で自動的にゼロに変化させ、self-consistentに内部パルスを発生させている。われわれは、これと比較するため外部パルスICP(Active)パルス回路を製作した。このパルスICPは、膜生成に重要なラジカルの発生・制御に効果的といわれている。それゆえ今回は、上述のパルスICPプラズマと膜特性について発表する予定である。
山内 俊彦; 竹本 亮*; 管野 善則*; 小林 清二*; 中垣 圭太*; 加藤 初弘*
no journal, ,
これまでレーザー補助RF加熱CVDプラズマに関してハードの面から研究開発を進め、(1)自己発生型ICPパルスの発生発見、及び(2)CCPからICP遷移の原因は温度Teであること等を明らかにした。このRFプラズマ点火時、アンテナコイルに流れる電流の誘導電流が指数関数的にアース側からアンテナコイル内側に流れ、衝突電離してプラズマ密度は増大し、ある損失とバランスして定常ICPとなる。このようなコイル内に発生し遷移中のICPが、ICCDカメラにより初めて白い水平線となって観測され、ICPはプラズマ中心の閉じ込めのよいところ(Teの高い)から成長することがわかり、われわれの以前からの主張が証明された。ICPが成長する前のCCPでは、低密度プラズマがまつわりついた磁力線が観測されたが、ICPでは高密度プラズマの衝突により観測できない。この高密度プラズマ(イオン)は、自己バイアス(アンテナの負電位)により、アンテナに衝突しスパッタリングを起こす。これを抑えるため、核融合NBIイオン源で用いられたアンテナでは、石英ガラスをアンテナにコートするなどの工夫がなされた。しかし、われわれの場合アンテナでなくアンテナコイルのため困難であり、いずれにせよスパッタリングの可能性があるため、直流バイアス印加の有効性について実験を進めた。その結果、正バイアス印加がスパッタリングを抑え、プラズマを改善することが明らかとなった。
山内 俊彦; 竹本 亮*; 薮野 正裕*; 管野 善則*; 小林 清二*; 白水 美帆*; 竹井 透*; 加藤 初弘*; 中垣 圭太*
no journal, ,
これまでRF加熱CVDプラズマに関してハードの面から開発を進めた。実験データも集まってきた。そこでは1自己発生型ICPパルス(self-generated ICP pulse)の発生(プラズマの遷移パワー閾値に関係した受動的ICP繰返しパルス)、及び2CCPからICP遷移トリガーは、温度Teであること等実験的に煮詰めてきた。その中でTe及びneは、アンテナ近傍でICP/CCPを比べると、それぞれ2から3、及び2桁超であった。これらの空間的分布をダブルプローブで測定したところ(3ターンアンテナの軸をz方向の縦方向に採る)対照的な分布特性、すなわちICPの急勾配分布に対してCCPでは、Teは平坦及びneは15mmから平坦という独特の分布特性が観測された。次にアンテナからの距離z=5mmで水平方向にr分布を計測した。r分布も全く同様の特徴的な特性を示した。学会では、このようなTe及びne特性をメインに発表する。
山内 俊彦; 管野 善則*; 小林 清二*; 杉林 秀之*
no journal, ,
内部アンテナRF加熱CVDプラズマに関して研究を進め、アンテナの巻き数と遷移閾値の関係などを明らかにした。特に面白い結果として、(1)自己制御ICPパルス(self-controlled ICP pulse)の発生,(2)ICP遷移トリガーとして電子温度の重要性、及び(3)アンテナ電位(負)V
Prf等があげられる。さて遷移はRF加熱電子による急激な衝突電離で立ち上がるが、ガス圧が低いときは低衝突により電子増加割合が小さく、また高い時は衝突電離と再結合の平衡により増加割合は1に達する。プラズマからの放射光の時間変化をホトダイオードで観測した。ガス圧とともに立ち上がり時間はリニアに増加している。ここで特異的なことは、20Pa以上で立ち上がりが2段階で生じていることである。このような興味深い遷移物理を解明するため温度等(Te, Ti, ne, no)を計測及び考察し、その結果を発表する予定である。
山内 俊彦; 濱島 孝史*; 小林 清二*; 管野 善則*; 蛭田 敏仁
no journal, ,
We observed the different types of transition (direct, self-pulse, normal transition) using an internal multiturn antenna. Transition time increased in proportion to gas pressure, which was connected with the collision time. It is considered that the detailed observation of hot plasma ring in CCP is a key for the explanation of transition.
