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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!