2019 Fiscal Year Annual Research Report
先駆水和電子チャネル形成仮説による水中プラズマ超高速電荷移動機構の学理構築
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19H00743
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
佐藤 岳彦 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (10302225)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中林 孝和 東北大学, 薬学研究科, 教授 (30311195)
杉本 俊之 山形大学, 大学院理工学研究科, 准教授 (10282237)
小宮 敦樹 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (60371142)
内田 諭 首都大学東京, システムデザイン研究科, 教授 (90305417)
上原 聡司 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (70742394)
宮原 高志 静岡大学, 工学部, 教授 (70239432)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ストリーマ / 水和電子 / 紫外線 / 電荷 / 水 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和元年度は，ストリーマ発生・水和電子計測装置の設計作製を行い，水和電子の検出法の開発を進めた．新たにストリークカメラを購入し，水和電子が瞬間的に生成される状態を計測する装置を開発した．本研究では，水和電子の生成がストリーマを誘導することを仮定しているため，水和電子を連続的に生成させるために重水素ランプを用いて波長200 nm以下の真空紫外線を水中に収束させた．当初予定していた波長650 nm近傍の光の吸収計測による検出では，水和電子の生成量が小さく検出限度以下であった．ここで，水和電子が生成されていれば，ストリーマの進展が紫外線の収束されている方向に進展すると考え，紫外線の収束位置を異なる2箇所に設定し，ストリーマの進展方向を検証した．これより，紫外線を当てない状態ではストリーマの進展方向に偏りは見られなかったものの，紫外線を当てた場合は，収束した位置の方向にストリーマが進展する確率が増大することが示され，水和電子の生成とストリーマの進展に関連があることが示された．また，高速微小域電位分布計測装置の作製・解析を進め，水分子が多く吸着している親水性フィルムと水分子の吸着が少ない疎水性フィルムを用いてその表面のストリーマの進展状態の比較を行う装置を作製した．また，ストリーマ進展の電位変化を計測する装置を開発した．これより，親水性，疎水性の違いについては明らかな差異は認められなかったが，ストリーマ進展時の電位変化が起こる前に，前駆的な電位変動が起きていることを突き止めた．これらの成果は，ストリーマ進展時の前に何らかの電気的な現象が起きていることを意味しており，本研究で提案する仮説証明の第一歩ととなった．
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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
令和元年度に予定していた，①ストリーマ発生・水和電子計測装置の設計作製については，新たに購入したストリークカメラをストリーマ発生用電極部が観察できるように組み入れ，バンドパスフィルターを利用して発生させる650 nm程度の背景光を計測できるようにした．また，水和電子の存在を確認するため，真空紫外線を収束させストリーマの進展方向を検証する装置を開発し検証した．②水和電子の吸収測定による水和電子濃度の測定については，生成される水和電子濃度が現在検出限度以下のため，新たに購入したストリークカメラでの計測系の改良を進めた．③水和電子，自発光，ストリーマの2次元同時可視化についても，装置を作製した．④不等光量位相シフト干渉法の新規開発による水和電子の生成過程の可視化については準備を行い，光学系などの設計を行った．⑤高速微小域電位分布計測装置作製・解析は，既に前駆的な電位変動をとらえるなど成果を挙げている．⑥分子動力学による電荷移動現象の数値解析についても，プログラムの作成と検証を行うなど解析準備を進めた．以上より，本研究の進展はおおむね順調に進展していると判断する．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度に予定している，①水和電子の吸収測定による水和電子濃度の測定については，現在検出限度以下の水和電子濃度であるため，ストリークカメラを活用し短時間かつ微小域における検出感度の向上を図ると同時に水和電子濃度を増大させるための試薬添加を行い検証する．②水和電子，自発光，ストリーマの2次元同時可視化については，既に作製した装置に①の改良を反映させ計測する．③不等光量位相シフト干渉法の新規開発による水和電子の生成過程の可視化の実験を行い低密度水和電子の可視化を行う．④高速微小域電位分布計測装置作製・解析では令和元年度に発見した前駆的に起こる電位変動の要因を明らかにする．⑤分子動力学による電荷移動現象の数値解析を東北大学流体科学研究所のスーパーコンピュータを利用し実施する．
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