空胴共振器法によるプラズマ電子密度の測定
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概要
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The microwave cavity method for measuring plasma electron density has been used in connection with nuclear fusion research for a long time. We also have measured plasma electron density in the same way; but we have been interested in cold plasuma attenuators, filters, gyrators and etc.. The outline of our method was as follows : First we made the cylindrical microwave cavities for given frequencies and given resonant modes; for example, 4,000 MC/S, H_<011>, H_<111>, H_<211>, E_<010>, E_<020>, and etc.. Each resonant cavity was set in waveguide circuits, and the coupling between the wavcguides and cavity was set as loose as possible. If the cavity resonates, the transmittion wave appears in the crystal mount at one end of the waveguide. Waves which have been modulated by the square wave at the klystron are subsequently detected and amplified by the crystal and low freguency amplifier, and they defect the affached micro-ammeter. We determine the resonant freguency of the cavity in this way. If the oscillating freguency of the klystron is swept by a suitable low frequency, we are able to scope the resonant curves of the cavity on a synchroscope, so that we determine the resonant freguency of the cavity by the aid of the output wave differentiated by the differential amplifier of the cavity frequency meter. By inserting a dischage tube coaxially in the circular cylindrical cavity, and then we are able to measure the variation of the resonant frequency of cavity. The variation in resonant freguency between an empty cavity and a cavity with a plasma column is Δω. As Δω is in approximate proportion to the product of the electron density (n) and the shape factor (F=⎰_v E_a^2 dv/⎰_v E_a^2 dv), we can calculate the plasma density for a given Δω and F. Here Ea the electric field is of the "a" resonant mode, and the integration of the numerator is carried over the plasma domain, and that of the denominator over the whole cavity. Generally the electric field of the cavity oontaining plasma differs from that of the empty cavity. And we have found the accurate electric field by solving the boundary-value problem of two domains havins having two different dielectric constants ε_1 and ε_2 for several resonant modes. Then we found the correct value of F. Applying these F to the relation between n and Δω for H_<011> and E_<020> modes, we got these results. The n is 0.53×10^<11>/cm^3 for a discharge current of 25mA, and 1.4×10^<11>/cm^3 for 75mA. Different resonant modes have almost no effect on the measured values.
- 山梨大学の論文
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