2021 Fiscal Year Annual Research Report
A study on the tunneling phenomena of plasma bullets through a dielectric plate and its applications
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20K20913
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
白藤 立 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 教授 (10235757)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| Keywords | プラズマ弾丸 / 大気圧プラズマ / トンネリング / 骨再生スキャフォールド / 親水化 / 大容量 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Heガスを用いたプラズマ弾丸伝播型の大気圧プラズマジェット(APPJ)は，誘電体プレート越しにも伝播するという，従来の物質輸送型のAPPJではあり得ない挙動を示す．本研究の目的は，①この現象の基本原理の解明と，②この現象の応用にある．
目的①の実績概要：誘電体の厚みや誘電率を裏面側の電場強度を増強する条件にすることで誘電体プレート越しの弾丸伝播が顕著になることを明らかにした．これにより，弾丸着弾時の蓄積電荷による局所電場が，裏面側に新たなプラズマ弾丸を生成するというモデルの妥当性を実証した．パルス電圧印加によって弾丸着弾時の電場形成を模擬することにより，面発射型プラズマ弾丸の発生を実験とシミュレーションにより実証した．この面発射型プラズマ弾丸の発生には，パルス電圧の急峻な立ち上がり特性（約30 MV/s以上）が必要であることを明らかにした．また，弾丸発生面や伝播経路の制御により，従来は困難であった大容量大気圧プラズマの生成の可能性が見出された．
目的②の実績概要：疎水性の連続多孔体（骨再生スキャフォールド）の内部を親水化したいとき，単純なAPPJ照射だけでは，その内部を完全に親水化できない．これは，ジェット照射だけでは，空気を含む多孔体内部が，弾丸伝播に必要な高純度ヘリウムで置換されないためである．本研究では，Heガスを満たした誘電体容器にスキャフォールドを仕込むことでその問題を解決した．容器内への弾丸発生は，誘電体越しの弾丸伝播を応用し，容器外壁へのAPPJ照射で実現した．これにより，スキャフォールド内部を完全に親水化できることを明らかにした．また，新たに見出した面発射型プラズマ弾丸を利用することにより，同様の親水化が可能であることも明らかにした．容器外壁へのAPPJ照射が不要となったことにより，近年入手難となりつつあるHeガスの使用量を大幅に削減可能となった．
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