2009 Fiscal Year Annual Research Report
粒子輸送と熱的作用を考慮したプラズマと物質の相互ダイナミクスの解析
| Project Area | Creation of Science of Plasma Nano-Interface Interactions |
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21110007
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
杤久保 文嘉 Tokyo Metropolitan University, 大学院・理工学研究科, 准教授 (90244417)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
内田 諭 首都大学東京, 大学院・理工学研究科, 准教授 (90305417)
白井 直機 首都大学東京, 大学院・理工学研究科, 助教 (80552281)
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| Keywords | 大気圧グロー放電 / 非熱平衡大気圧プラズマ / プラズマ気液界面現象 / 電解反応 / 流体シミュレーション / プラズマシミュレーション / 分子動力学 |
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| Research Abstract |
低気圧環境という制約のない非熱平衡大気圧プラズマでは、液体、生体などの多様な媒質にプラズマ照射が可能である。本研究は、非熱平衡プラズマが液相と接する場であるプラズマ気液界面に生じる諸現象を、数値シミュレーション、及び、実験によって解明することを目的としている。安定したプラズマ気液界面の形成、界面への荷電粒子照射の制御性より、大気中での微細希ガス流による直流グロー放電を対象とした。平成21年度は研究計画に則り、以下の成果を得た。
1. 実験
微細希ガス流を用い、ノズル-液体電極間に直流グロー放電を生成し、電圧電流特性、CCDカメラと高速ビデオカメラによる放電形態の動的観測、発光分光分析により放電特性の詳細を調査した.液体電極としてはNaCl溶液を用い、放電に伴うNaの発光特性を液体電極の温度をパラメータとして調べた。Na発光の出現は、液体表面の状態や液体温度と強い相関があり、放電によって液体が局所的に過熱されることで気相へ放出されたNaがプラズマ中で励起されて発光するものと推測される。
2. 数値シミュレーション
プラズマ気液界面での現象の解明を最終的な目的として、微細希ガス流と液体電極を用いた大気圧直流グロー放電のモデリングを開始した。モデルは、気相中の直流グロー放電、液中での電解反応、気液界面現象の各シミュレーションから構成される。直流グロー放電のモデルは、二成分圧縮性流体計算と流体近似によるプラズマの計算からなる。現時点では、窒素中に微細ヘリウム流が流れる場の流体計算を行い、この条件下でのグロー放電のシミュレーションを実施した。放電形態は微細ヘリウム流の形状に依存し、実験で得た放電形状が再現されることを確認した。電解反応については、一次元流体計算により、電解反応が起こる条件下での各種イオン濃度や電位分布の計算を行い、電気二重層形成も再現された。プラズマを境界とした電解反応のモデル化が次の課題である。
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