1995 Fiscal Year Annual Research Report
異周波のハイブリッド結合による大容量,大口径誘導熱プラズマの発生
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06650322
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| Research Institution | KANAZAWA UNIVERSITY |
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Principal Investigator |
作田 忠裕 金沢大学, 工学部, 教授 (80135318)
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| Keywords | 熱プラズマ / 誘導プラズマ / プラズマ・プロセシング / 大口径 / 低周波磁界 |
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| Research Abstract |
数十kW以上の高周波誘導熱プラズマは,その温度が1万度を越える超高温となっており、反応性の豊かな熱プラズマ空間が無電極状態で実現できる点が最大の特長で、近年の新機能性素材の生成技術、ならびに地球環境汚染物質等の分解技術にこの特徴が応用されつつある。本研究は,種火としての30mm程度の小口径プラズマを直流モード点弧しておき,これに別途、50kHz、200kWの連続発振電源による低周波強磁界をカップルさせ、その高温領域を拡大化し、安定、定常に大口径、大容量誘導熱プラズマを発生させ、具体的にはプラズマ断面積として約10倍の大口径プラズマ炉を設計、製作し、その10,000Kを越すと考えられる高温場を実測確認するものである。
1.プラズマ半径の増大化と耐熱性能の改良 平成6年度においては、直径70mm石英管を用いて、圧力10torr条件下で、この直径までのプラズマの拡大化を行うことができた。平成7年度では、この結果に基づき、当初の目標である直径100mmの大口径プラズマの発生を試みた。圧力60torr、注入電力60kWにおいて、この大口径誘導プラズマの発生に成功し、耐熱性能の改良により数10分オーダの連続運転も可能であることを確認した。
2.最小維持電力の評価法の確立 具体的プラズマ発生実験と平行して開発してきたプラズマの動特性解析プログラムも良好な結果を与え、時間を含む解からしか評価できない誘導プラズマの最小維持磁界、維持電力が実験値を良く説明した。具体的には、圧力76torrで約60kW、760torrで約150kWという値が評価でき、現有の電源設備で1気圧程度の高気圧誘導熱プラズマが発生できうることがわかった。
3.プラズマ高温場の実時間計測 プラズマ高温場の観測を分光器(現有設備、Jobin Yvon社 HR320)により行い,プラズマ温度とその過渡的な膨張過程を、購入した設備備品、APC510デジタイザーにより実測した。その結果、小半径プラズマは約30msの時間を要して最終の100mm直径の大口径に達すること、到達温度は予想されたとうり10,000Kを越す高温状態であることが判明し、高速、均一プラズマプロセシングに利用できることがわかった。
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[Publications] 作田忠裕: "低周波重畳による大口径誘導熱プラズマ安定発生条件の解析" 電気学会開閉保護装置研究会SP-94-34. 51-59 (1994)
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[Publications] T.Sakuta: "Numerical analysis of expanding procedure of induction thermal plasma by superimposing of 50-KHz oscilating field" 7th Symp.on Plasma Science for Materials. 7. 177-182 (1994)
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[Publications] T.Sakuta: "Stable generation of large area induction thermal plasma with superimposition of a low frequency 50-kHz magnetic field" 2nd Asia-Pacific Conf.on plasma Science & Technology. 535-540 (1994)
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[Publications] 作田忠裕: "低周波磁界による大口径誘導熱プラズマの発生" 電気学会論文誌A分冊. 115-A. 654-655 (1995)
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[Publications] T.Sakuta: "Generation of large area thermal plasma by induction heating with 50-kHz frequency high Power source" 12th Int.Symp.on Plasma Chemistry. 297-302 (1995)
