ナノ秒パルスプラズマによる高効率な化学活性場の生成

• Project/Area Number: 16686018
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 電力工学・電気機器工学
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 浪平 隆男 熊本大学, 大学院自然科学研究科, 助教授 (40315289)
• Project Period (FY): 2004 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥20,800,000 (Direct Cost: ¥16,000,000、Indirect Cost: ¥4,800,000); Fiscal Year 2006: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2005: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2004: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000)
• Keywords: ナノ秒 / パルスプラズマ / 化学活性種 / ラジカル / ストリーマ放電 / ストリーマ

Research Abstract

平成18年度は、平成16年度及び平成17年度にゲート付ICCDカメラ並びに高時間分解ストリークカメラを用いて観測したサブマイクロ秒(sub-μs)パルスストリーマ放電及びナノ秒(ns)パルスストリーマ放電に関する考察を深めるとともに、制御性に優れた化学活性場の生成可能性追求のために、サブナノ秒(sub-ns)パルス電源の開発をおこなった。以下にその詳細を示す。
サブマイクロ秒及びナノ秒パルスストリーマ放電の形成へ用いたサブマイクロ秒及びナノ秒パルス電源は、それぞれ5kV/ns及び50kV/nsと一桁異なる電圧立ち上がりを有しており、今年度の考察結果よりこの電圧立ち上がりの差異が化学活性種を高効率に生成するプライマリーストリーマヘッドの進展に大きな影響を及ぼしていることが明らかとなった。典型的に、電圧立ち上がり5kV/nsのサブマイクロ秒パルス電圧により形成されるプライマリーストリーマヘッドは、電極間距離38mmを有する同軸円筒電極間における進展期間(30ns)において、電極への印加電圧が徐々に大きくなるため、その進展速度が徐々に増加する加速運動を示し、一方、電圧立ち上がり50kV/nsのナノ秒パルス電圧により形成されるプライマリーストリーマヘッドは、前述同様の電極間における進展期間(6ns)において、電極への印加電圧は一定であるため、その進展速度は等速運動を示した。結果として、電圧立ち上がり5kV/ns及び電圧最大値60kVを有するサブマイクロ秒パルス電圧による形成プライマリーストリーマヘッドの進展速度は、0.1-2.Omm/nsと大きな幅を有するのに対し、電圧立ち上がり50kV/ns及び電圧最大値67kVを有するナノ秒パルス電圧による形成プライマリーストリーマヘッドの進展速度は、6.Omm/nsと一定であった。通常、ストリーマヘッドの進展速度はストリーマヘッド内部に形成される電界の強度と比例関係にあることが知られており、また、ストリーマヘッド内部にて生成される高速電子の有するエネルギーはこの電界強度に依存する。そのため、等速運動をするナノ秒パルス電圧による形成プライマリーストリーマヘッド内部には、加速運動をするサブマイクロ秒パルス電圧による形成プライマリーストリーマヘッドと比較して、より均一なエネルギー分布を有する高速電子郡が形成されていることが示唆される。非熱平衡プラズマによる排ガス処理やオゾン生成へ直接寄与する化学活性種(Nや0、 OH)は、窒素分子や酸素分子、水分子と高速電子との衝突により生成され、その窒素分子や酸素分子、水分子に対する高速電子の衝突断面積は高速電子のエネルギーに大きく依存するため、均一なエネルギーを有する高速電子郡を生成可能なナノ秒パルス電圧による形成プライマリーストリーマヘッドは、生成ラジカル種の制御が可能であると考えられる。また、今年度は、この考察の下、更なる高速電子の高エネルギー化を目指し、サブナノ秒パルス電源の開発もおこなった。

Research Products

• [Journal Article] Temperature of and NO generation in pulsed arc discharge plasma (2007)
  • Author(s): T.Namihira, S.Sakai, M.Matsuda, D.Wang, T.Kiyan, S.Katsuki, H.Akiyama, K.Okamoto, K.Toda
  • Journal Title: Plasma Science and Technology (In print)
• [Journal Article] Environmental applications of repetitive pulsed power (2007)
  • Author(s): H.Akiyama, S.Sakai, T.Sakugawa, T.Namihira
  • Journal Title: IEEE Transaction on Dielectric and Electrical Insulation (In print)
  • NAID: 120002468405
• [Journal Article] Negative DC pre-breakdown phenomena and breakdown voltage characteristics of pressurized carbon dioxide up to supercritical conditions (2007)
  • Author(s): T.Kiyan, A.Uemura, B.Roy, T.Namihira, M.Hara, M.Sasaki, M.Goto, H.Akiyama
  • Journal Title: IEEE Transactions on Plasma Science (In print)
  • NAID: 120002464303
• [Journal Article] パルスパワ-による大気圧プラズマ生成 (2006)
  • Author(s): 高木幸一, 浪平隆男
  • Journal Title: 電気学会誌 126・12 Pages: 784-787
  • NAID: 10018410850
• [Journal Article] Propagation velocity of ns pulsed streamer discharge in atmospheric air (2006)
  • Author(s): T.Namihira, D.Wang, H.Akiyama
  • Journal Title: 1^<St> Euro-Asian Pulsed Power Conference (In print)
• [Journal Article] Measurement of gas temperature during streamer discharge propagation in atmospheric air (2006)
  • Author(s): T.Namihira, T.Tokuichi, H.Tamaribuchi, D.Wang, S.Katsuki, H.Akiyama
  • Journal Title: 10^<th> International Symposium on High Pressure, Low Temperature Plasma Chemistry Pages: 17-20
• [Journal Article] Characteristics of DC electric discharges in supercritical carbon dioxide (2006)
  • Author(s): T.Kiyan, A.Uemura, B.C.Roy, T.Namihira, H.Akiyama, T, Morishima, T.Fang, M.Sasaki, M.Goto, M.Hara
  • Journal Title: 8^<th> International Symposium on Supercritical Fluids (In print)
• [Journal Article] Temperature measurement of pulsed arc discharge (2006)
  • Author(s): T.Namihira, S.Sakai, K.Matsunaga, D.Wang, T.Kiyan, H.Akiyama, K.Okamoto, S.Ohira, K.Toda
  • Journal Title: 16^<th> International Conference on Gas Discharges and their Applications 2 Pages: 657-660
• [Journal Article] Generation of nitric oxide by pulsed arc discharge (2006)
  • Author(s): S.Sakai, T.Namihira, D.Wang, T.Kiyan, H.Akiyama, K.Okamoto, N.Teshima, K.Toda
  • Journal Title: 10^<th> International Symposium on High Pressure, Low Temperature Plasma Chemistry Pages: 140-143
• [Journal Article] Observation of pulsed streamer discharges in atmospheric air using sub-microsecond pulse generator (2006)
  • Author(s): D.Wang, S.Yoshida, M.Jikuya, T.Namihira, S.Katsuki, H.Akiyama
  • Journal Title: 15^<th> IEEE International Pulsed Power Conference (In press)
• [Journal Article] Observation of pulsed streamer discharges in atmospheric air using nano-second pulse generator (2006)
  • Author(s): D.Wang, S.Yoshida, M.Jikuya, T.Namihira, S.Katsuki, H.Akiyama
  • Journal Title: 15^<th> IEEE International Pulsed Power Conference (In press)
• [Journal Article] Industrial applications of pulsed power (2005)
  • Author(s): H.Akiyama, T.Fudamoto, S.Katsuki, T.Namihira, T.Sakugawa
  • Journal Title: IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials 125・9 Pages: 717-722
  • NAID: 130000085217
• [Journal Article] Novel dual Marx generator for microplasma applications (2005)
  • Author(s): T.Heeren, T.Ueno, D.Wang, T.Namihira, S.Katsuki, H.Akiyama
  • Journal Title: IEEE Transactions on Plasma Science 33・4 Pages: 1205-1209
  • NAID: 120002465814
• [Journal Article] Dependence of NO_X removal by pulsed streamer discharge on the input energy density to nitric oxide ratio (2005)
  • Author(s): D.Wang, T.Namihira, S.Katsuki, H.Akiyama
  • Journal Title: Journal of Advanced Oxidation Technologies 8・2 Pages: 248-254
• [Journal Article] SOSダイオードによる誘導性エネルギー蓄積型パルス電源 (2005)
  • Author(s): 浪平隆男, 佐久川貴志, 勝木淳, 秋山秀典
  • Journal Title: プラズマ・核融合学会誌 81・5 Pages: 355-358
  • NAID: 110006282110
• [Journal Article] The reactor design for diesel exhaust control using a magnetic pulse compressor (2004)
  • Author(s): D.Wang, T.Namihira, K.Fujiya, S.Katsuki, H.Akiyama
  • Journal Title: IEEE Transactions on Plasma Science 32・5 Pages: 2038-2044
  • NAID: 120002468408
• [Journal Article] Effect of NO initial concentration on NO_x removal using pulsed power (2004)
  • Author(s): D.Wang, T.Namihira, S.Katsuki, H.Akiyama
  • Journal Title: IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials 124・8 Pages: 741-746
  • NAID: 10013325826
• [Journal Article] Experimental analysis of pulsed streamer discharges in atmospheric air (2004)
  • Author(s): T.Namihira, D.Wang, S.Katsuki, H.Akiyama
  • Journal Title: 12th Asian Conference on Electrical Discharge Pages: 39-42
• [Journal Article] NO_x removal using pulsed streamer discharges (2004)
  • Author(s): D.Wang, T.Namihira, H.Akiyama
  • Journal Title: 12th Asian Conference on Electrical Discharge Pages: 122-125
• [Journal Article] Ultra-short pulse generator for environmental control (2004)
  • Author(s): D.Wang, T.Namihira, S.Katsuki, H.Akiyama
  • Journal Title: 15th International Conference on Gas Discharges and Their Applications 2 Pages: 709-712
• [Journal Article] Development of NO production system for medical applications (2004)
  • Author(s): T.Namihira, D.Wang, S.Katsuki, H.Akiyama, K.Okamoto
  • Journal Title: 15th International Conference on Gas Discharges and Their Applications 2 Pages: 725-728