國立成功大學太空與電漿科學研究所

Institute of Space and Plasma Sciences

National Cheng Kung University

- 電漿科學實驗室 -

實驗室簡介

台灣第一座磁化電漿物理實驗裝置(電漿科學實驗室MPX)

本所為台灣唯一投入磁化電漿研究的研究所,擁有台灣首座磁化電漿實驗室,該設施也是本所核心實驗室。直徑為40公分、長度為1.5米、磁場最大強度為2 kG,能產生電子密度約109~1011 cm-3的電漿,利用Magnetron振盪器可以將電漿加熱到50 eV (約50萬度K以上)的高溫,以研究核融合能源研究與太空科學相關基礎磁化電漿物理實驗。

核融合是太陽和恆星的能量來源。世界各國進行核融合研究旨在證明這種能源可以用來產生足夠人類使用的電,安全、環保,而且有充足的來源。目前,用磁場控制電漿(磁化電漿)被視為最有可能有效產生核融合能量的方法。國際熱核實驗反應爐(International Thermonuclear Experimental Reactor,簡稱ITER)計畫,是托克馬克(tokamak)這一類型的核融合反應爐,將用來證明核融合是產生無污染、乾淨的能源可行的方法。ITER是國際合作的計畫,成員包含歐盟、日本、美國、俄羅斯、中國、印度和南韓。ITER目前在法國南部的Cadarache建造中,預計在2017年首次運轉。

台灣的第一座磁化電漿系統將用來研究基礎核融合電漿物理及前瞻的高度磁化電漿科學,包含在核融合、太空及天文中等不同地點的電漿,它所共有的波動、不穩定性、紊流和動能-磁能交換等現象。其他重要目標還有發展新的高溫電漿量測技術,及訓練學生和年輕的研究人員。

研究設備

<磁鏡電漿實驗裝置>

<電漿加熱系統>

磁電管振盪器(Magnetron oscillator)

電磁波的頻率經過恰當地調整後,即可由共振原理讓磁化電漿吸收此電磁波以加熱電漿。本實驗室的磁電管振盪器最大輸出功率為30千瓦,預期可以加熱至攝氏數萬到數十萬度。

電漿發射器(plasma emitter)

  • 電漿發射器可以輕易地產生穩定、完全離子化的電漿。

  • 電漿密度可由發射板的溫度做控制(改變電源供應器的功率)。

  • 運轉溫度範圍從1000到1400 K。

磁線圈(Coils)

研究方向

可產生0.2 Tesla磁場的電磁線圈,初步產生電漿後,使用自製的Langmuir探針進行量測,成功測得電子密度1016/M3及數個電子伏特溫度。

研發自製儀器進行實驗:

  • 利用低頻螺旋波電漿源產生高密度電漿。

  • 利用微波干涉儀及反射儀量測電漿密度。

  • 利用寬頻蘭摩爾探針量測電子溫度梯度造成之電漿擾動。

  • 利用光譜儀量測電漿溫度。

  • 磁化電漿中之電磁波引發透明現象。

  • 利用LAB6、B-eucryptitie產生完全解離化之電漿。

現正進行有關磁化電漿中的電磁波傳導透明現象(Electromagnetically Induced Transparency)、阿爾芬波(Alfven wave)與電磁離子迴旋波(electromagnetic ion cyclotron wave)在不均勻的磁化電漿與磁場中的傳播、飄移波(drift wave)與亂流(turbulence)對電漿傳輸的影響等基礎電漿物理實驗。本項設備將為台灣僅有的磁化電漿裝置。