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プラズマに入門する話(3)

国立小劇場で演奏会があったのでそのあいた時間で読んだ。

2.2 プラズマの作り方・高周波電源を用いる方法

高周波放電

直流放電については前回までに述べた。電子は陰極から陽極へ、 イオンは陽極から陰極へ走ってきて、極板で吸収される。 その過程で壁面方向へ拡散して再結合したりする。

このようにしてプラズマは減っていってしまうので、なんとかして電子を補給してやろう、という話だった。

ここで、極板間に印加する電圧を直流ではなく交流にすることを考える。 電子やイオンが片道を走り抜けるより、交流の半周期が短いようにしてやると、 極性が入れ替わるときにまだ反対側に到達していない荷電粒子が出来る。 つまり電極間に捕捉されていると言っていい。 具体的にはMHzオーダーの大変速い交流にしてやる必要がある。

こうするとなにがいいかというと、拡散して再結合するのは避けられないにしても、 電極に吸収されて荷電粒子が消滅する量が減り、 補うべきプラズマ粒子の損失が少なくて済むというわけだ。 直流放電よりも低い電圧でプラズマを維持することが出来る。大変嬉しい。

また、必ずしも電極を放電管中に置く必要がない! これはすごいなあ(KONAMI)という感じだ。 浮遊容量で、放電を維持するのに十分な電流を流し続けられるらしい。 直流放電とちがって、電極から荷電粒子が出入りする必要がないということも理由になっていそう。

高周波放電の特徴と注意

容器中のプラズマが占める体積が大きい

陰極降下がない(陰極付近でイオンが残って電圧を上げる効果がない)ので、そのぶん体積を有効に使える。 電極間隔に対して放電管の直径が大きいほど、また気圧が低いほど、有利になる。

イオンのエネルギーを抑えられる。

電子が捕捉されるほどの高周波では、 電子よりずっと重いイオンは捕捉というかもうほとんど動けない。 これにより、イオンのエネルギーは小さくなるぞ。

ガスの純度を保ちやすい。

電極を放電管の外に置ければ当然、電極から変なものが入ったりしない。 またイオンがほとんど動かないということはイオンが壁や電極に衝突して不純物が飛び出すことも防ぐことが出来る。

直流放電よりも低い電圧でも放電を維持できる。

さっきも述べたが、電子を捕捉できていれば、 電子が陰極に飛び込む前に分子にぶつかって電離を引き起こしてくれる。 サイクロトロン共鳴現象を応用するとより効率よく電離させることができてなお良い。

注意。

同軸ケーブルを使うときはインピーダンスマッチングをとること。 それから、きちんと電波シールドすること。電波法!

プラズマに入門する話(2)

つづき

1回書いたのに消えやがった

リーク発見法とか

ちょっと書くのだるいので今は省略……

2.プラズマの作り方

2.1 直流電源を用いる方法

直流電界をかけて電子を加速し、気体電子にぶつけて電離させちゃおうというやり方。 電離気体論でやったのってたしかこんな感じ。

電子の発生と消滅

大事な量がいくつかある。まず、電離について。 衝突し、分子が電離する頻度を示す電離断面積。電子のエネルギーと分子の種類に依存する量だ。

次に拡散。イオンや電子が気体とぶつかりながら拡散していく。拡散速度は、拡散係数{D=kT/m\nu}を用いて

{
v_D = - D \nabla n/n
}

と書ける。ただしnは拡散する電子またはイオンの密度。kはボルツマン定数、T,m,{\nu}は電子またはイオンの温度、質量、衝突周波数である。 {\nu}は気体圧力に比例するから、圧力が高いと拡散は遅い。

通常、電子はイオンより拡散速度が大きくなる。これはたぶん質量の大きさの差だと思う。 しかしプラズマ中ではクーロン力により両者は連れ立って運動するため、電子とイオンはほぼ同じ拡散速度になる。 これを両極性拡散という。

磁界を印加すると荷電粒子はすーぐそれに巻き付く(サイクロトロン)ので、拡散を抑えられ、荷電粒子の損失を減らせて良い。

さて最後に再結合。 イオンと電子が再結合して中性気体分子になる。 電子とイオンの密度が大きいほど起こりやすい。

再結合の結果生じた励起原子・分子が光子を放出して基底状態に戻る場合、これを放射再結合と呼ぶ。 分子状正イオンと電子の再結合では、励起エネルギーが分子の解離に使われることが多く、これを解離再結合という。

陰極からの電子放出

直流放電を安定にするには電子を放出し続けなくてはならない。こんな話も電離気体論でやった気がするなあ。

熱電子放出

陰極を加熱すると、真空中の準位のエネルギー障壁に閉じ込められていた電子たちのなかに、 それを超えるものが出てくる(分布だから上の方のも存在するということ)。 こうなると電子は陰極から飛び出してきて、陽極に向かって飛んで行く。

電界放出

金属表面に[tex:{108}][V/m]程度の強電界をかけると、金属中のフェルミ準位近くの電子に対するポテンシャル障壁の厚さが 1nm程度と大変薄くなって、トンネル効果により確率で電子が飛び出してくる。 確率とは言っても、直流放電するには十分なくらい。まさにサイキック。

熱電界放出

熱電子放出してるときでも、直流放電させるんだから電界はかかっているので、障壁を薄くする効果はある。 あと微小突起とかあったら、そこに電界が集中してそこだけスゴイ=ツヨイ電界がかかることもある。 同様に、電界放出している時でも、イオンが勢い良くぶつかってきて陰極が加熱され、熱電子放出する。

このように熱電子放出と電界放出が同時に起きるのを熱電界放出という。

γ作用

高エネルギーイオンが陰極に衝突すると陰極から電子が放出され、 2次電子放出と呼ばれる。これはγ作用とも呼ばれる。 直流放電の「維持」に重要な働きをするやつ。

いろいろな直流放電

グロー放電

放電開始した後、それより低い電圧で維持される放電。やわらかな光と特徴的な発光構造。 陰極から陽極に向かって発光部と暗部が交互に現れる。全体が光っているわけではない!

アーク放電

どんどん放電していってどんどんイオンが陰極にぶつかって陰極が熱くなって熱電子放出が支配的になると、 多量の電子が容易に供給されるので、放電維持電圧がグローより低くなる。これがアーク放電。ばちばち。

その他近況

とりあえず今日読んだ論文は以上。 買ったもの。AmazonでHDMLからmini Display Portへ変換するやつとか買った。 ラボに机もらったから、環境整備だ。

あと師匠からドミノ牌W12を買いました。 そのうちポーカーチップも買いたい。

あと課金しました。前川さんはでませんでした。

こちらからは、以上です。

プラズマに入門する話(1)

はじめに

プラズマ・核融合学会誌というのがあってだな。

www.jspf.or.jp

ここの1993年の、「講座:プラズマ実験入門」というのを研で薦められたので、読んでいくものである。 自分用のメモとして、ここに書いていく。非公開にする必要はないだろう。

全93ページ!がんばるぞい。

1.真空の作り方

真空って?ああ!それって気体密度?

真空とは、通常の大気圧より低い圧力の気体で満たされた空間内の状態をいう。らしい。

1Pa = 100mbar = 133Torr。了解。

圧力が低くなると気体分子密度が減って、平均自由行程が長くなる。それはそう。プラズマで扱うのは荷電粒子。これらが中性粒子にあんまりぶつからないである程度自由に動いているさまを観測したいので、真空が必要になる。

気体流量 A = PV[Pa m3]

これの時間微分が単位時間あたりに移動した気体の量(これも流量)で、Q。

容器の体積が一定の場合で気体を導入するなら、気圧の変化が記述できて、 { \displaystyle
V\frac{dP}{dt} = Q
}

さて気体があるパイプを気圧差ΔP=P_1-P_2のもとで流れる時、流量は

{ \displaystyle
Q = C\Delta P = C(P_1 - P_2)
} と書ける。このCをコンダクタンスといい、単位はm3/s。

逆に圧力一定の容器から気体を流出するときは、 { \displaystyle
Q = P\frac{dV}{dt} = PS
} と記述する。このSを排気速度という。単位はm3/s。

これらから排気に伴う圧力変化を記述すると、次のようになる。マイナスなのは、さっきの圧力変化は導入だったから。

{ \displaystyle
V\frac{dP}{dt} = -SP
}

ちょっと強引な気もする(排気の式を記述した時は圧力一定にしてたから)。 と思ったんだけど本文は「圧力Pの〜」としか書かれていないので、まあそういうことなのかなと……。 定常状態を考えるとdP/dt = 0にすればいい、ともある。それはそうみがすごい。

最後に、排気と同時に流入も行われるときは、流入量を表す項Qも入れて、

{ \displaystyle
V\frac{dP}{dt} = Q-SP
}

となる。

さて、真空容器にポンプが直接くっついてたら、排気速度はポンプの排気速度Sになるだろう。 しかし実際はそうも行かず、バルブがあって接続導管がある。これらのコンダクタンスをそれぞれC_1、C_2とする。 このときの実効排気速度S_effを記述すると、次のようになる。

{ \displaystyle
\frac{1}{S_{eff}} = \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2} + \frac{1}{S}
}

C_1、C_2を適切に大きくとってやらないと、実効排気速度が小さくなってしまうので注意しような、というわけ。

いろいろな真空ポンプ

油回転ポンプ

大気圧から低真空へ引くのに使う。 ローターが回転し、容器から吸ったガスを回転に従って圧縮していって最後に放出する。これを繰り返す。 図で見たほうが早い……。

油拡散ポンプ

最も一般的で安価な高真空用ポンプ。 温めた油の分子を上から放出することで、上から入ってきた気体分子とぶつけて気体を圧縮、それを油回転ポンプで排出するとかいう強引な構造。 油分子は水冷で還流している。 ほんとにこんなこと出来るの。

ターボ分子ポンプ

羽で風を起こして気体を圧縮して、それを油回転ポンプで吸い出すっぽい。なんじゃそりゃ。

真空計

これも真空ポンプと同じで、役割がある。使い分けたり組み合わせたりする。

ピラニゲージ

大気圧〜低真空。大気圧から排気していく時に、圧力降下を監視するのによく使う。 精度よりも頑丈で壊れにくいことが要求されるからである。

「加熱電線の温度が、接触する気体の熱伝導により変化する」という原理を利用し、 電熱線(タングステン)の抵抗が変わるのをブリッジ回路で見ている、という感じみたい。 わかりやすい仕組みだし、単純こそ壊れにくいという感じがして良い。

イオンゲージ(熱陰極型)

陰極である赤熱したタングステン線から熱電子を放射し、これを陰極−陽極間の電界で加速、 気体をこの電子でイオン化し、正正イオン数を圧力の関数として測る……らしい。

詳しい式とかはすっ飛ばしてしまった。

とりあえず、「指定された使用可能な上限圧力以上で点火しない」ということが大事。 高い圧力では、放電したり不純物ガスと反応したりしてフィラメントが断線しちゃうとか。

真空部品

真空装置を作るのに必要な組み立て用の部品を紹介するぜ!

フランジ

とりあえずwikipediaを参照。 フランジ - Wikipedia 配管を接続する部分、ってところだろうか。 ボルトとナットで締め付けるタイプと、銅ガスケット(パッキン)を使うタイプが有るらしい。 詳しい企画は真空ハンドブック参照って書いてあった。

バルブ

主に真空容器と真空ポンプをつなぐ「ゲートバルブ」、 L字型の「L型バルブ」、まっすぐの「ストレートバルブ」に分類。 ゲートバルブは弁座を押さえつけてバルブを閉じるが、どちらかの側が大気開放されているときは、 弁の戻りによる空気漏れを防ぐために大気圧のかかる方向と弁の抑えこみ方向を一致させる必要がある。 残り2つは大口径にならないかぎりあんまりその辺心配しなくていい。

以上

ちょっと項目残ってるけど、夜になって辛いことがあったので辛いからこの辺で終わる。また明日。

月が変わって4月よ!(絶望)

4月だ!

近況

とにかく更新間隔が開いたが、研究室が決まったりいろいろあった。明日初めてのラボインきめてくるわ。

バイトの話

毎週のバイトに加えてシュ@[]ンキ/コ[@]ウシ/_ュウとかいうののおかげで4連勤とかしてた。 おかげさまで通常の1月分くらい余計に稼いだ。

あと引っ越しの日雇い始めた、というか派遣に登録した。 そんなにきつくなかったし、組んでた人もわりといい人だったから、まあいいんじゃないかねって感じ。 時間を作ってちょくちょくやりたい。

サバゲ

最近、すこーしずつやり始めた。 確か前は9月に行って、こないだ秋葉原のフィールドに行ってきた。 明日3回めです。近場で出来るのはいいね。

ということで、エアガンを買いました。

買ったもの

  • エアーソフトガン ガスブローバック コルトガバメントMk IVシリーズ70
  • 予備弾倉
  • マガジンいれるやつ(ポーチ的な)
  • BBローダー(マガジンに弾入れるときにあるといいやつ)
  • ガス

ガスブローバックのハンドガンなので、一発打つごとにちゃんとがしょって上半分がスライドします。最高。

ガバメントについて

obenkyoみたいな感じで読んでくれ。

僕が買ったのはコルト社製のガバメントM1911という傑作ハンドガンの民間モデル。 そもそもM1911は、ストッピングパワーを必要としたアメリカ軍が大口径ハンドガンほしくて採用したもの。 当時主流だった.38口径弾では、撃っても相手が倒れないと気づいたらしい。

ストッピングパワーというのは「撃つことで人間を止める力」。つまり、撃ってあたっても向かってこられちゃ困るというわけだ。 ストッピングパワーがでかい銃で撃ってやれば、あたった相手は向かって来られない。

で、ガバメントはどうなったかというと.45口径弾。実に約11.4mmの直径の弾丸だ。威力は抜群。 そしてシンプルで信頼性が高い銃として現在まで知られている。 1911年にアメリカ陸軍に制式採用されてから、1985年にベレッタM92が新たに制式採用となるまで制式採用銃であり続けた。 一部の部隊ではまだ使われているとか。

日本でも使われていた。11.4mm拳銃の名前で、戦後発足した自衛隊がアメリカ軍から供与された改良モデルのM1911A1を採用していたのだ。 だがいかんせんデカい。 反動もばかにならないし、日本人の手には収まらない、ということで、今の9mm拳銃(SIG SAUER P220)が採用された。 P220はその名の通り9*19mm弾という現在最もポピュラーな弾丸を使用する。

ということでそんなガバメントだけど。僕は一番好きなハンドガンです。 なんでかって、そりゃあ、かっこいいからですよ。 見比べてみてください。ゴツくて、ずっしりしてるのが写真からもわかりますよきっと。大好き。

さて

今回はこんなところで

進捗ですか。趣味、勉強とも、特にありません。 こちらからは以上です。

電気系(≠情報系)がUnityに触った話(2)

前回までのあらすじ

Unityを始めた

今回は!

Space Shooter tutorialに挑戦しました。 自機=宇宙船を操って、上の方から出てくる隕石を避けるなり撃って壊すなりしよう、壊すと点数がもらえるよ、死んだらゲームオーバー。 なんと単純でわかりやすいゲームであろうか。

これ2Dでよくね?って思ったけど、宇宙船が左右に動くときに少し傾くのは見ていて楽しい。隕石もぐるぐる回転してるし。 手順は前回と大して変わらないけど、チュートリアルがUnity4、自分のがUnity5で、4でできたのに5ではできない!ってのがあって困った。 Unityがエラーを吐くので、それを見て、前回のRoll-a-ballは5で作ったから、それでやったやり方を真似して、自分なりに直して進めた。

どうも、オブジェクトの属性(?)を直接叩くことができなくて、一度変数に入れる処置をしないといけないっぽい(よくわかってない)。 よくわかってないけどやり方は分かった。そういうアレ。

スクリプト

C#って書いてあるけど、これちゃんとしたC#とはやっぱり書き方が違うんだろうなあって。 Cに近い部分はあるから、触りやすくていいが。関数の宣言の仕方とか。 piyopiyo.textみたいに書いて、「piyopiyoの型はtextで間違いないんだけど、その中のtextだけを編集しますよ」、みたいな回りくどい宣言が必要?ってのが印象。

触ったことない言語だからこそというか、情報屋ではないからこそ、感覚として言語を習得していけてる気がする。 まあサンプルコードとマニュアルの丸写しだが……。

今後の展望

当初の目標とか全部忘れて、FPS作りたくなってる。

FPS。First Person Shooting。あんまり普段やらないんだけど。 マウス入力を制御できるようになりたいのと、カメラそんなに動かないからいいかな、って……。

ちょっといろいろ調べてみて、それからどうするか決めるよ。 Unity-Chanを使いたい気分もあるしね。

電気系(≠情報系)がUnityに触った話(1)

この記事はだいたい昨日までの進捗記録。

一昨日まで

そもそも月火で旅行に行っていたので進捗なし。

金沢へ行ったのだが、往復の新幹線でなんと全座席にコンセントとか言う神仕様。 おかげさまで創作が捗った。もっとも帰りに書いたものは、疲れもあってか到底世に出せるシロモノではない。 普段から投稿しているものが公開して良いレベルかだって? 知らん!

あと、obenkyo用のスライドを作り終わった。 ……が、22日はどうもいけなさそうだ。最終回に乞うご期待。 飲み会(になるのかわからんけど)したいから、企画しっかりしましょう。

昨日の話

そもそもは

夕方からバイトだし定期も切れたし本当にア。って言いながら家でガメラ見てたの。

www.amazon.co.jp

これが相当面白くて、それ以上に、ミニチュアの精巧さに感動したのね。 こんなに細かく作ってるんか、こんなに本物のように見えちゃうもんなのか、って。

早く時間作ってガメラ2見たい。 でもこんなミニチュアも作って、しかもそれをぶっ壊してみたい、って。ガメラみたいにね。

www.amazon.co.jp

それはそれとして、このミニチュア群を自分で作るのは、時間場所金全部ないから無理だな、って。 そこで、学科民とか他の知り合いとかが最近触ってた、Unityを思い出した。

japan.unity3d.com

前から気になっていたし、やってみるか!ってなって、ダウンロード。無料最高。

なにをしたか

セットアップをして、何をしていいかわからなかった。 で、こんなのを見つけた。公式です。このサイトに、「チュートリアル」というものがある。

unity3d.com

サンプルコードとビデオによる解説が載っていて、 全部読み解いて一緒に作業するとゲームが出来上がる。

これじゃん!ってことで、早速トライ。ビデオは全編英語だけど、まあ聞き取れないほどじゃないし、 TOEFLの勉強にもなってくれ頼む、って感じなので甘んじて受け入れる。

どれをやろうかな、っと……。

f:id:potato_omom:20160318204243p:plain

意訳:お前、ここは初めてか? 力抜けよ。

……ということでRoll-a-ballチュートリアルを開始。 ど初心者だから、こういう完全初心者向けみたいなのはありがたい。 セットアップしたとは言っても操作も画面の見方もわからないままで、作業を開始。

Roll-a-ball

「玉転がし」ゲーム。 十字キーでボールを転がして、オブジェクトを拾い集め、全部拾ったらクリア……そういうゲーム。

ゲームとして単純極まりないが、3Dで物理演算があって、ちゃんと練習になる。

手順を(覚えている範囲で)書くと、 1.地面を作る。壁を作る。 2.ボールを作る。 3.矢印キーで、ボールに力を加えて動けるようにする(スクリプト) 4.カメラを設定。ボールに追従するが、回転しないように(位置だけ追従するように) 5.拾うべきオブジェクトを作る。回転するようにする。(スクリプト) 6.オブジェクトの当たり判定、カウント、表示部など(スクリプト) 7.ビルド って感じだった気がする……今後ゲームを作っていてわからなくなったら当時のスクリプトとか見るしかなさそう。 もっとちゃんと記録取りながらやったほうが良かっただろうか。 まあ勢いに乗って駆け抜けた感じなので……これでいいことにしよう。

できたときは喜びもひとしおというやつだった。 調子に乗った僕はこの調子でもう少しチュートリアルを倒してみることにする。 第二部に続く。

ドトールのコーヒー

ドトールのコーヒーの話はしません。

進捗

もう勉強とか言うのの進捗を生む気力が全く無いよ。 もういいやとか思い始めていて本当に良くない。良くないよー。

趣味とか

創作の話。 また書き始めることができた。 春休み中はこれを継続したい(ここで春休みの残り日数を確認してしまう。SANチェック1/1D4)。

これから

今日はこれから稽古である。久しぶりに唄うのであんまり自信がない。

明日からは出かけるので、進捗とか言うのから解き放たれることが出来る。

やったぜ。