格子状微粒子渦流の駆動とその動的特性

本研究では、強結合状態の微粒子の集団的渦運動に関して、不均一電界及び磁場の効果について研究を進めた。 まず、プラズマ中に置かれた微小電極近傍に形成された不均一電界によって発生する電位駆動微粒子渦流の機構解明を行った。渦流の形成は微粒子集団の粒子数に依存する。数個程度の場合、微粒子集団は微小電極近傍で格子状強結合構造を形成した。10個程度になると微粒子集団は微小電極の先端部で加速され、集団的渦流を形成した。渦流の回転速度は周辺部が最大速度を持ち、中心部に向かって減速し、速度シアを持つことが分かった。速度シアの大きさは微粒子集団の半径と共に増加することが分かった。微小電極の電圧を負から正へ増加させると、微粒子は微小電極に向かって駆動され、電極を円筒状にすると円筒内部に微粒子を吸収し、回収できる。微粒子回収のための方法及び装置に関する特許を出願した。 さらに磁界印加によって駆動される格子状微粒子渦流の駆動機構を明らかにした。4Tまでの磁界中における微粒子雲の集団的挙動を解析した。微粒子の磁界による集団的な回転運動と放電構造との関係を明らかにするために、密度勾配を制御するためのリング状プラズマ生成装置を開発した。リング状分割型陽極を用いプラズマ中の半径方向電位勾配を変化させることにより、回転方向が制御できることが分かった。この結果、イオンの反磁性ドリフト電流方向のイオンドラグ力が重要であることが明らかになった。微粒子の個々の運動を観測・解析するために電子シャワー法を開発し、50μm程度までの球形ガラスバルーン微粒子の浮上が可能となった。スピンを伴う回転運動の存在が観測され、外部磁界印加によるスピンの特性が明らかになった。