We have carried out experimental investigations of the increased diffusion of a low-temperature plasma across the lines of force of a constant homogeneous magnetic field under conditions of high-frequency heating for a frequency approaching ion cyclotron frequency. The plasma was created in a glass tube by a pulse discharge with oscillating electrons in hydrogen at a pressure range of 5 × 10−4–5 × 10−2 torr. Initial plasma density exceeded 1.7 × 1013 cm−3. A high-frequency electric field with a frequency of 7.45 × 106 Hz and an axial period of 23 cm was excited in the plasma by an alternating current flowing along a spiral surrounding the discharge tube. The spiral and the capacitors connected to it formed an artificial line that was fed from the pulse generator with self-excitation. In the region of magnetic fields where there occurs a strong absorption of highfrequency energy by the plasma caused by ion cyclotron resonance time of plasma decay decreases sharply if the amplitude of the high-frequency current in the spiral exceeds some critical value depending on neutral gas pressure. Here ion diffusion across the magnetic field lines increases and chaotic oscillations arise in the plasma. It has been ascertained in experiments that for neutral gas pressures exceeding 10−2 torr the ratio between the critical current value and the pressure remains constant. On these grounds the assumption was made that anomalous diffusion arises when the ion drift velocity under the effect of an alternating azimuthal electric field exceeds a critical value. This is possibly associated with the appearance of "flute" instability. The possibility for flute instability to arise is apparently confirmed also by this fact: as is shown by evaluation, the velocity gained by the ion between two collisions in an azimuthal electric field for a current approaching a critical current equals in order of magnitude thermal ion velocity. We note that the investigated phenomenon of anomalous plasma diffusion in ion cyclotron resonance can be the reason for increased velocity of plasma decay in all devices in which the phenomenon of strong damping of an ion cyclotron wave in the region of ion cyclotron resonance is used for plasma heating and where considerable high-frequency powers are introduced into the plasma.
我々は、イオンサイクロトロン周波数に近い周波数での高周波加熱条件下において、一定の均一磁場の力線を横切る低温プラズマの拡散増大に関する実験的調査を行った。プラズマは、水素中で振動電子を用いたパルス放電により、5 × 10−4〜5 × 10−2 torrの圧力範囲でガラス管内に生成された。初期プラズマ密度は1.7 × 1013 cm−3を超えていた。周波数7.45 × 106 Hz、軸方向周期23 cmの高周波電界が、放電管を取り巻くスパイラルに沿って流れる交流電流によってプラズマ内に励起された。スパイラルとそれに接続されたコンデンサは人工線路を形成し、自己励起式パルス発生器から給電された。イオンサイクロトロン共鳴によるプラズマによる高周波エネルギーの強い吸収が起こる磁場領域では、スパイラル内の高周波電流の振幅が中性ガス圧力に依存するある臨界値を超えると、プラズマの減衰時間は急激に減少する。ここで、磁力線を横切るイオン拡散が増大し、プラズマ内にカオス的振動が生じる。実験において、中性ガス圧力が10−2 torrを超える場合、臨界電流値と圧力の比は一定に保たれることが確認された。これらの根拠に基づき、異常拡散は、交流方位角電界の影響下でのイオン漂遊速度が臨界値を超えたときに生じるとの仮定がなされた。これはおそらく「フルート」不安定性の出現に関連している。フルート不安定性が生じる可能性は、次の事実によっても明らかに裏付けられている：評価が示すように、臨界電流に近づく電流について方位角電界中でイオンが2回の衝突の間に獲得する速度は、熱的イオン速度の桁に等しい。我々は、イオンサイクロトロン共鳴におけるこの異常プラズマ拡散現象が、イオンサイクロトロン共鳴領域におけるイオンサイクロトロン波の強い減衰現象をプラズマ加熱に利用し、かなりの高周波電力がプラズマに導入されるすべての装置において、プラズマ減衰速度の増大の原因となり得ることに留意する。