In this study, the electron density (ne) and temperature (Te) in an unmagnetized cascaded arc helium (He) plasma are precisely determined using cutting-edge laser Thomson scattering. In our experimental scope, ne is only 1018 m−3 and Te is less than 0.2 eV, both of which are substantially lower than in linear plasma devices (LPDs). The comparison of ne and Te values in He plasma with those in cascaded arc Ar plasma reveals that these two parameters are likewise significantly lower in He plasma than they are in Ar plasma on average. In comparison to Ar gas, the degree of ionization of He is low due to its high ionization potential, and diffusive loss dominates due to its light weight, both of which result in a lower ne. Meanwhile, these two characteristics render the three-body recombination interaction between electrons and He+ ions in He plasma insignificant, thus the electrons cannot be heated effectively, explaining why Te is lower. This study will provide foundational data and build the groundwork for a thorough knowledge of cascaded arc He plasma in LPDs and plasma windows.
本研究では、無磁場カスケードアークヘリウム(He)プラズマ中の電子密度(ne)と電子温度(Te)を、最先端のレーザートムソン散乱を用いて精密に決定した。本研究の実験範囲において、neはわずか1018 m−3であり、Teは0.2 eV未満であり、その両方は線形プラズマ装置(LPDs)における値よりも大幅に低い。Heプラズマ中のneおよびTeの値をカスケードアークArプラズマ中の値と比較すると、これらの2つのパラメータは平均的にArプラズマ中よりもHeプラズマ中で同様に有意に低いことが明らかになる。Arガスと比較して、Heはイオン化ポテンシャルが高いために電離度が低く、また軽いために拡散損失が支配的であり、これらの両方がより低いneをもたらす。一方、これらの2つの特性により、Heプラズマ中の電子とHe+イオンとの間の三体再結合相互作用は無視できるものとなり、その結果電子は効果的に加熱されず、Teが低くなる理由を説明できる。本研究は、LPDsおよびプラズマウィンドウにおけるカスケードアークHeプラズマの徹底的な理解のための基礎データを提供し、基盤を構築するものである。