再結合酸素プラズマにおける負イオン・オゾン生成の競合過程

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03452284
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 門田 清 名古屋大学, プラズマ科学センター, 助教授 (60093019)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三重野 哲 静岡大学, 理学部, 助教授 (50173993) ; 庄司 多津男 名古屋大学, プラズマ科学センター, 助教授 (50115581)
• Keywords: 酸素プラズマ / 再結合プラズマ / 負イオン / 酸素原子 / オゾン / 質量分析法 / 二光子レーザー誘起蛍光法

Research Abstract

本年度当初の研究計画としては,質量分析法による負イオン計測および二光子レーザー誘起蛍光法による酸素原子密度の絶対値測定の手法を確立して、高周波で生成された酸素プラズマにおける電離プラズマと再結合プラズマ中の負イオン,酸素原子の生成に関する相互関係を調べることであった。
質量分析法による負イオン計測に関しては,前年度の正イオン測定の発展としてO^-およびO^-_2イオンの測定ができるようになった。これらの負イオンは,高周波印加中の電離プラズマでは検出されず,高周波停止後の再結合プラズマで効率よく生成されることを確認した。高周波停止直後に電子温度が低下するために生成される負イオンは,約60μsの減衰時間で消威して行き,密度が10^<12>cm^<-3>程度のプラズマにおいて最も効率よく生成されることが分かった。
二光子レーザー誘起蛍光法に関しても,酸素分子の光解離を利用した酸素原子密度の絶対値測定法を確立した。酸素原子密度のプラズマ密度依存性としては,少なくとも100mTorr程度までは酸素ガス圧力と共に増加し,プラズマ密度が約5×10^<10>cm^<-3>で最大になることが分かった。これは密度が低くすぎても衝突解離による原子生成の効率が上がらず,一方高かすぎても生成された原子が電離して消威するためである。
以上のように,前年度に引き続き,今年度も当初計画をほぼ達成することができたが,今年度の研究から酸素原子の密度が10^<13>cm^<-3>のオーダーであることが分かり,数10mTorrの酸素ガス圧力で生成したプラズマ中ではオゾン生成率が非常に低いことが分かった。このため現在,レーザー吸収法によるオゾン検出とオゾン生成の効率を上げる可能性について検討している。