2016 Fiscal Year Research-status Report
プラズマ・液体相互作用現象解明のための計測技術への挑戦
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15K13388
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
西山 修輔 北海道大学, 工学研究院, 助教 (30333628)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | プラズマ・液体相互作用 / レーザー誘起蛍光法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、プラズマ・液体相互作用における気相、液相、および気液界面を観察する方法を開発するものであり、第2年度ではレーザー誘起蛍光法(LIF)の界面近傍における感度分布の検証をおこなった。
研究計画では気液界面の気相側において液相と反応性の無い気体分子のLIF計測をおこなう予定であったが、より実験の容易な方法として、メタン、アルゴン、酸素および水蒸気の混合ガスに内径7mmの石英ノズル中で誘電体バリア放電を生じさせ、ノズルから放出されたアフターグローガス中におけるOHラジカルおよび酸素原子の空間分布の計測をおこなった。OHラジカルに対しては焦点距離250mmの凸レンズで収束した261.68nmのパルスレーザー光で励起し307.1nmの蛍光を干渉フィルターを付けたICCDカメラで観測した。酸素原子に対しては225.59nmのパルスレーザー光で二光子吸収過程によって励起し、840.91nmの蛍光を観測した。OHラジカル密度および酸素原子密度のどちらもノズル出口からの距離に対して指数関数的に減少する空間分布が得られた。これは、OHラジカルや酸素原子が消滅反応により時間的に指数関数的に減少している状態が放電部からガス流によって輸送された結果として定常的に形成された空間分布を観測しているものであり、ノズルのごく近傍(0.5mm)まで指数関数に従った空間分布が得られたことから、レーザー誘起蛍光法においては界面近傍で感度の減少が生じていないことが分かった。
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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
本研究では、プラズマ・液体相互作用について、気相、液相、気液界面それぞれの領域における観察および計測技術の開発がねらいである。
第1年度と第2年度において、プラズマに接する液相側の様態の観察および気相側におけるレーザー誘起蛍光法の感度検証をおこなった。第3年度では液相側のごく表層における計測をエバネッセント波分光で行う予定であり、順調に進めば気液界面そのものの観察が可能な和周波発生分光を現有のレーザー装置で実現可能か予備的な実験をおこなうことで、おおむね計画に沿った研究が実施できるものと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
第3年度では、、OHラジカルなど反応性の高い短寿命活性種のプラズマ(気相)から液相へ移行を液相側の表層における活性種密度として検出が可能なエバネッセント波分光をおこなう。OHラジカルの液相への浸入深さは1μm未満であることが計算機シミュレーションの結果として知られているので、高屈折率媒体表面にごく薄い液相を生成してプラズマと接触させ、媒体側から全反射させたプローブ光の減衰量で活性種密度を評価する。吸収量に対する感度の不足が予想されるので、キャビティリングダウン吸収分光法と組合せることで検出感度の増大を図る。ごく薄い液膜を維持するために蒸気圧の低いイオン性液体を液層に用いることも検討する。また、近赤外光を用いた和周波発生分光について理論的検討と現有のパラメトリック発振器による試験的な実験をおこなう。
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| Causes of Carryover |
今年度では気相側計測用に真空容器を製作・改修する予定であったが、より実験が行い易い真空容器を用いない方法で実施可能であったため、光学系などの整備に用いた額と差額が次年度使用額として生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
研究計画では最終年度となる次年度の消耗品費を縮小しているが、次年度使用額を消耗品費にも充て、積極的に研究を展開する。
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