2021 Fiscal Year Final Research Report

Development of principle of underwater-plasma ultra-high-speed charge transfer mechanism by hypothesis of pioneer hydrated electron channel formation

Research Project

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Project/Area Number	19H00743
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Medium-sized Section 19:Fluid engineering, thermal engineering, and related fields
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	TAKEHIKO SATO 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (10302225)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	杉本俊之山形大学, 大学院理工学研究科, 准教授 (10282237) 中林孝和東北大学, 薬学研究科, 教授 (30311195) 小宮敦樹東北大学, 流体科学研究所, 教授 (60371142) 宮原高志静岡大学, 工学部, 教授 (70239432) 内田諭東京都立大学, システムデザイン研究科, 教授 (90305417) 上原聡司大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (70742394)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	ストリーマ / 水和電子 / スカベンジャー / 電荷 / 水 / ポテンシャル / レーザー / ラマン散乱分光
Outline of Final Research Achievements	We designed the devices for the streamer generation and the measurement of the hydrated electron, then examined and developed the method for the detection of the hydrated electron by image analysis of the streamer development direction, chemical measurement by scavenger, measurement of red light absorption, measurement of probe light absorption, measurement of Raman scattering light, and the measurement of cell responses. Also, we verified the precursor phenomenon caused by the potential change at the time of the streamer propagation on the water film. These results showed that we succeeded in verifying the generation of hydrated electron by plasma for the first time in the world and that there is a possibility that the generation of hydrated electron have an influence on the streamer propagation.
Free Research Field	プラズマ流体工学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	水中ストリーマにおいて秒速20 km/sを超える速度で水中を電荷が移動する進展機構は，1934年に提案された電子論的破壊理論，気泡的破壊理論に加え近年提案された電歪力による低密度領域形成仮説においても説明できていない．本研究では，雷の発生機構にヒントを得た，前駆的水和電子形成に沿った電界波動の伝搬がストリーマの進展機構であるという仮説を元に，プラズマによる水和電子生成の計測法を開発し，水和電子が水中ストリーマの進展に影響を与えている可能性があることを示した．これらの成果は，水和電子を積極的に利用する新しい工学分野の扉を開くものであり，大きな学術的・社会的意義を有する．