高度制御高電圧バーストパルスを用いた水面上パルス放電による気液界面現象の解明
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21K03994
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21010:Power engineering-related
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
高橋 克幸 岩手大学, 理工学部, 准教授 (00763153)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高木 浩一 岩手大学, 理工学部, 教授 (00216615)
竹内 希 東京工業大学, 工学院, 准教授 (80467018)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
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| Keywords | 水面上パルス放電 / パルスパワー / 気液界面 / ラジカル / イオン |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の目的は、気液界面における水面上パルス放電後の反応場の緩和現象を観測し、これまで明らかにされていない気液界面放電現象における放電機構と水中化学現象の相互関係を解明することである。そのためには、パルス間隔、パルス幅、極性を自在に高精度で制御可能な独自の高電圧バーストパルス電源を開発し、水面上パルス放電の連続的な発生を実現する。そして、残留した放電生成粒子が、続けて発生する放電現象ならびに、水中ラジカル・化学反応に及ぼす影響とその機構を明らかにし、気液界面における放電現象と化学反応のモデルを構築する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
液面放電の進展を、高速フレーミングICCDカメラを2台用いることで、同一の放電現象における、進展の様子を観測した。底面に接地電極を設置した円筒容器に溶液をいれ、液面上部に設置したタングステン線電極にパルス電圧を印加することによって液面放電を発生させた。容器内はアルゴンガスを注入し置換をおこなった。溶液には硝酸カリウム溶液を用い、硝酸カリウム濃度を変化することによって導電率を調整した。パルス電源には、MOS-FETとコンデンサによって構成した回路を用いた。パルス電源は2回路用い、その出力端を、ダイオードで結合することによって、数us~数msの間隔で連続的に2回のパルス電圧の発生を可能とした。パルス幅は、200 ns一定とした。1回目のパルス電圧によって発生する液面放電を一定の遅延時間とともに、連続的撮影したところ、放電先端では、複数のストリーマー放電が形成された後、そのいずれかのチャネルのみが残り、電流が継続して流れ、リーダー放電のような形態となることがわかった。1回目と2回目の放電をそれぞれ一つずつのICCDカメラを用いて観測したところ、パルス休止期間が20μs程度以下の場合では、1回目と2回目の放電はそれぞれ同一の放電経路をたどり放電する一方で、それ以上のパルス休止期間では1回目と2回目の放電では放電経路に相関がみられなかった。また、2回目のパルス電圧で発生した放電の方が、1回目の放電と比較し、進展長ならびに発光量は大きく、より電離が生じていることがわかった。さらに、20 μs以下では2回目の放電の進展速度が著しく加速されることがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和4年度は、昨年度構築した高電圧バーストパルス発生電源を活用し、本事業の主目的となるバーストパルス放電の観測を行った。電源としては、前年度で課題となっていたパルス幅のバラツキの制御を、新たにMOS-FETを加え、リアクタの残留電荷を放出する回路を用いることにより、より高度に電圧波形を制御することを可能とした。放電の観測においては2台のICCDカメラを用いた測定系を構築し、予定通り放電間隔や導電率などといったパラメータが、放電電荷量、放電進展速度、放電面積に及ぼす影響をあきらかにしている。また、COMSOL Mulitphysicsを用いた流体力学・化学反応を複合した数値計算においては、実験系と同様の放電を模擬し、放電で生成されるArの準安定励起種の残存性の時間特性を評価することを可能としている。これらのことより、当初の予定を概ね達成し、最終年度の研究遂行が問題無く行うことができる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究によって、連続パルス発生電源や観測系構築や、流体力学・化学反応を複合した数値計算の準備が十分に整った。そのため、最終年として、放電進展速度、放電面積、ラジカルの発生分布、発光スペクトルを用いた放電中気体温度の時間変化を観測とともに、数値計算と実験結果との比較を行うことで、気液界面における放電機構を解明する。また、電源効率から見た、最大のラジカル供給効率を得られる条件を見いだす。なお、令和4年度に得られた研究成果については、学会、研究会、国際会議等での口頭発表および査読付き学術論文への投稿を順次行う予定である。
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Report
(2 results)
Research Products
(9 results)
