The steady state behavior of the fully ionized, multiple species, rotating, magnetized plasma in a vacuum-arc plasma centrifuge is described in detail. The analysis is based on a multiple species fluid model which includes electromagnetic, pressure gradient, centrifugal and collisional forces, for each species, in cylindrical geometry. There is a family of theoretically possible dynamical equilibrium configurations, which can be achieved by different combinations of ion rotation velocity, radial ion density distribution and radial dependence of internal electric potential. The parametric dependences of the various plasma parameters under equilibrium conditions, including the ion separation factor, are presented for a nickel-copper plasma. The numerical results are analysed and discussed in light of experimentally measured plasma characteristics in a vacuum-arc plasma centrifuge.
真空アークプラズマ遠心分離機における完全電離・多成分・回転プラズマの定常状態挙動について詳述する。解析は、円筒座標系における各成分に対する電磁力、圧力勾配力、遠心力、衝突力を含む多成分流体モデルに基づく。イオン回転速度、動径方向のイオン密度分布、内部電位の動径依存性の異なる組み合わせによって実現可能な、理論的に可能な動的平衡状態の族が存在する。ニッケル・銅プラズマについて、イオン分離係数を含む種々のプラズマパラメータの平衡条件下でのパラメータ依存性を示す。数値計算結果を解析し、真空アークプラズマ遠心分離機における実験的に測定されたプラズマ特性に照らして考察する。