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事例

容量放電プラズマ中の微粒子の挙動

プラズマ解析ソフトウェアVizGlowと、 粒子法シミュレーションソフトウェアVizGrainを組み合わせた使用例として、 容量放電プラズマ中での微粒子の挙動のシミュレーションを行います。

容量放電プラズマのシミュレーションは、VizGlow で行います。計算条件は

  • 気体 アルゴン、圧力 6.67 Pa
  • 電極電位変化の周波数 100 MHz、電力は 300 W

です。この部分の詳細は、VizGlowの例題解説(pdfファイル)をご参照ください。 得られたイオン数密度分布を下に示します。これらの結果を用いて、VizGrainで、微粒子の動きのシミュレーションを行っていきます。

VizGlowの計算で得られた、Ar+イオンの数密度

動画

粒子に働く力

このプラズマ装置内に、微粒子を置いて、どのように動くかシミュレーションします。粒子の特性は

  • 粒子の質量 1.65×10-18 kg
  • 粒子の断面積 3.14×10-14 m2

です。粒子は最初、電荷をもっていませんが、プラズマの影響で帯電していきます。 粒子には、イオンによる抗力、ローレンツ力(電場)、重力が働きます。

粒子の位置の時間変化を下図に示します。粒子の色は、電荷を示します。 プラズマ領域の下端で、粒子が細かく上下に移動しています。 また、右端のほうでは、粒子が重力にひかれて落下していきます。

粒子に働く力を矢印で示します。イオンによる抗力、ローレンツ力(電場)、重力です。重力は桁違いに小さいので、矢印の大きさを誇張しています。

このように、 プラズマ解析ソフトウェア VizGlowVizGrainを組み合わせて使うことで、 プラズマ内での微粒子などの挙動を知ることができます。