プラズマイオン源・プラズマ電子源の解析

プラズマとは

よく物質は固体・液体・気体に分けられますが、気体をさらに加熱することでプラズマを生み出すことが可能です。

そのため、プラズマはよく物質の『第4の状態』と表現されます。

ハカセ

粒子同士（イオン・電子・原子）が衝突しあうことによってプラズマが生まれるんだよ。

どんな環境だとプラズマが生まれるんですか？

はてなさん

ハカセ

主に、太陽などの超高温領域や気体に高い電圧が印可されたときにプラズマは発生するのじゃ。

今回は、プラズマを利用する産業用製品であるプラズマイオン源やプラズマ電子源を解析してみます。

プラズマイオン源・電子源は、核融合研究・半導体製造・質量分析装置など様々な研究・産業分野で活用されています。

図1：プラズマイオン源の概念図

 プラズマイオン源・電子源の解析

当社が提供するPIC PLASMA3Dを用いて、プラズマイオン・プラズマ電子をシミュレーションしてみましょう。

解析モデルは下記の通り。

解析モデル

プラズマ生成室にある『プラズマ』を引き出し電極でイオンや電子のみを取り出す機構になっています。

上記のようなcadファイルを作成し、プラズマ生成室のプラズマから各粒子（電子・イオン）の引き出し過程の解析を実施しました。

プラズマイオン源における解析条件

プラズマ電子源における解析条件

解析結果

上記動画は、実際にPIC PLASMA3D(lite版)で計算した結果を可視化したものです。

なお、動画内におけるdataは、電子(左)・イオン(右)の数密度[個/m³]を表しています。

初期にプラズマ生成室に存在するプラズマから引き出し電極によって電子・イオンを取り出す過程をシミュレーションしています。

ハカセ

プラズマ電子源・プラズマイオン源共に、プラズマから各粒子を引き出すことに成功しているね。

今回用いたcadモデルは簡易的に作成したものであるため、多くのプラズマが壁面に衝突し損失していることがうかがえます。

上記のようなシミュレーションを複数回行うことでプラズマ製品の性能向上が期待できます。

最適なプラズマイオン源・電子源の設計にPIC PLASMA3Dをぜひご活用ください。