2016 Fiscal Year Research-status Report
バイオプラズマ研究を加速する空気と水の境界面反応のモデリング
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16K04998
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| Research Institution | Seikei University |
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Principal Investigator |
村上 朝之 成蹊大学, 理工学部, 教授 (20323818)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | プラズマ化学 / モデリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、プラズマの生物・医療応用研究を格段に発展させるため「理論的なモデリングならびに数値シミュレーションのアプローチにより、空気と水の境界面の物理化学反応を解明する」ことを目的とする。ここでは ① 大気圧プラズマ装置により生成された湿潤空気相におけるプラズマ粒子種を同定し、② 空気-水境界面における微視的な荷電粒子クラスタリング挙動、および ③ 巨視的な浸透・拡散反応を明らかにする。また、国際共同体制を確立し、実験研究と本モデルを統合することで、理論・実験・計算の面から「どのプラズマ粒子が空気-水境界面まで届き、新たな粒子を生成しつつ、それを乗り越え、液相に浸透・拡散していくか」を明らかにする。
平成28年度は「湿潤空気中で生成されるプラズマ粒子に注目：空気成分（窒素・酸素・炭素・水蒸気）とプラズマ生成粒子成分（活性化学種・荷電粒子）の相互作用を解明」を目標に掲げた。特に、湿った空気を含むプラズマにより生成される活性化学種(活性酸素種・活性窒素種)荷電粒子(電子・陽イオン・陰イオン)およびそれらの中間生成種の数密度を計算し、膨大な化学反応過程の中から主要なものを特定することを目指した。
その結果として「水蒸気プラズマの1次元ブレイクダウン・シミュレーションモデル：100%水蒸気を対象とし、電子およびプライマリ原子・分子（H2O,H,OH,O）の関わる反応を解く」「大気飽和水の1次元化学反応モデル：通常の大気に晒された水面における液相化学反応を解く」「ヘリウムあるいはアルゴンを作動気体としたkHz電源駆動大気圧プラズマジェットの化学反応モデル：プラズマ医療分野で一般的に用いられるジェット装置を対象として反応数値計算を行う」の基盤バージョンを開発した。
また、原著学術論文2編、国際会議招待講演2件、国際会議講演5件の成果公表を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初計画に沿って、然るべきモデリングを行っている。特に、気相反応モデルと液相反応モデルを並列して提案し、それらのシミュレーションコードを順調に開発しつつある。特に、プラズマ生成電源を kHz あるいは MHz駆動とした場合の１次元反応数値シミュレーション開発は順調である。
また、国際学術誌における原著論文掲載・国内学術誌における解説論文掲載・国際会議における招待講演を行うなどの「効果的な」成果公表を行っている。
一方、数値シミュレーションの拡充に関しては、特に化学反応モデルの規模（化学種数・反応過程数）をさらに拡大する余地があることを認識してる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度は「空気-水境界面、特に気相側における微視的現象に注目：水分子の相転移にともなう伴う乖離・結合・クラスター化の解明」を行う。
特に、今年度開発した「水蒸気プラズマの1次元ブレイクダウン・シミュレーションモデル」を拡張し、電極・水蒸気膜・液体をモデル化し、気相液相境界現象を明らかにする。
また、水素・酸素原子分子からの発光現象に注目したシミュレーションを行い、英国クイーンズ大学ベルファスト・英国オックスフォード大学・米国ウェスリアン大学における共同研究者の分光計測実験結果とのベンチマークを行う。
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| Causes of Carryover |
2017年3月27,28日にフランス・パリで開催の Internaitional Workshop on Plasma for Cancer Treatment に参加する予定で前倒し請求を行ったが、実際にはイレギュラーかつ重要な大学用務と時期が重なり、学会参加が実現出来なかったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
使用計画に大幅な変更はない。当初の予定通り、理論モデルの構築、数値シミュレーションを主眼とした計画を遂行し、特に、数値計算に関わる費用、国際協力に要する費用ならびに成果公表に関わる費用を使途とする。また、研究の進展状況を鑑み、トータルの旅費支出割合が増える可能性を見込む。
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[Presentation] Laser Plasma Effects in Water2016
Author(s)
T. J. Morgan, L. Hüwel, W. G. Graham and T. Murakami
Organizer
43rd IOP Plasma Physics Conference
Place of Presentation
Isle of Skye、UK
Year and Date
2016-05-23 – 2016-05-26
Int'l Joint Research
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