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2023 Fiscal Year Annual Research Report

放電と光の融合によるレジリエントな窒素系プラズマ反応場の学理

Research Project

Project/Area Number 21H01316
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionOita University

Principal Investigator

金澤 誠司  大分大学, 理工学部, 教授 (70224574)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 市來 龍大  大分大学, 理工学部, 准教授 (00454439)
立花 孝介  大分大学, 理工学部, 助教 (10827314)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Keywords励起窒素 / 放電 / レジリエンス作用 / レーザー誘起蛍光法 / ストリーマ / 光励起 / 活性酸素と活性窒素 / 準安定窒素分子
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、空気を構成する最も重要な分子である「窒素」に注目し、放電プラズマにより生成される励起された窒素の振舞を明らかにした。これまでは放電で生成されるプラズマ中には励起された窒素による放電発光のみが観測されていたが、発光しない準安定準位の窒素について、その時間空間的振舞や放電化学反応における役割を解明した。
励起窒素のなかでも注目を集める準安定準位の窒素分子について、レーザー誘起蛍光法を用いることで放電空間での準安定窒素分子の2次元分布の可視化を成功させた。特に、シングルショットのレーザー誘起蛍光法により準安定準位窒素分子の放電プラズマ空間における時間的・空間的ダイナミクスをストリーマ放電の進展およびその後の発光状態であるアフターグローと同時に観測した。すなわち一つの観測画像は放電とその残光を、もう一つの画像は放電では本来見えない準安定準位の窒素分子を可視化したものであり、それらを同時に実時間(リアルタイム)で追跡できるようになったことが最も大きな成果である。
さらに、準安定窒素分子は存在可能な振動準位が多くあり、そのうち最重要と考えられる基底準位から順に上の4つの振動準位について、生成と消滅の過程を放電後の時間経過とともに解明した。励起窒素分子の化学反応に関する反応モデルを提案し、それが実験結果をうまく説明できることがわかった。通常の放電電極から改良した短ギャップタイプの電極系では、準安定窒素分子の密度は、通常のストリーマ放電やバリア放電に比べて1桁以上多く生成され、プーリング反応により上準位の窒素が生成されるといったレジリエンス(回復的)作用を見出した。
応用面では準安定窒素分子が水との反応でOHラジカルを発生させるため、これら化学反応も調査できる新規な放電プラズマ水処理リアクタを開発し、より放電の効果を取り込める機構を付随したリアクタの提案を行った。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (21 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Polish Academy of Sciences/Gdynia Maritime University(ポーランド)

    • Country Name
      POLAND
    • Counterpart Institution
      Polish Academy of Sciences/Gdynia Maritime University
  • [Journal Article] An innovative method of pressure measurement inside a laser-induced cavitation bubble2024

    • Author(s)
      Uehara Satoshi、Sato Takehiko、Kamata Sayaka、Kanazawa Seiji、Iga Yuka、Nakajima Tomoki、Farhat Mohamed
    • Journal Title

      Physics of Fluids

      Volume: 36 Pages: 041706

    • DOI

      10.1063/5.0206640

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 大気圧熱プラズマジェットにより窒化した鉄鋼表面のトライボロジー特性2024

    • Author(s)
      Ando Shoho、Koyanagi Koki、Ichiki Ryuta、Otsu Takefumi、Furuki Takashi、Kanazawa Seiji
    • Journal Title

      IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials

      Volume: 144 Pages: 159~164

    • DOI

      10.1541/ieejfms.144.159

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Deepening of the Study of Corona Discharges by Recent Advances of Electrical and Optical Measurement Techniques2023

    • Author(s)
      Kanazawa Seiji、Mitsui Taiga、Kuno Akihito、Furuki Takashi、Tachibana Kosuke、Ichiki Ryuta、Sato Takehiko、Kocik Marek、Mizeraczyk Jerzy
    • Journal Title

      Lecture Notes in Electrical Engineering

      Volume: 1052 Pages: 112~122

    • DOI

      10.1007/978-3-031-34526-5_10

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 高速ナノ液滴が拓く「超節水・薬剤フリー・濡れない」殺菌・洗浄2023

    • Author(s)
      佐藤岳彦、劉思維、中嶋智樹、肖昀晨、藤村茂、金澤誠司
    • Journal Title

      クリーンテクノリジー

      Volume: 33 Pages: 40-43

  • [Presentation] 放電のダイナミクス:特殊計測法の開発とレーザー分光法の適用2024

    • Author(s)
      金澤誠司
    • Organizer
      静電気学会 複雑系静電気ダイナミクス研究委員会 2024 年度第 1 回委員会/研究会
    • Invited
  • [Presentation] コロナ放電への回帰と新たな萌芽への期待2024

    • Author(s)
      金澤誠司
    • Organizer
      2024年度 第一回静電気学会研究会
    • Invited
  • [Presentation] 放電プラズマによる円筒型水処理リアクタの新たな設計と処理特性2023

    • Author(s)
      金丸真子, 城戸真紘, 古木貴志, 立花孝介, 市來龍大, 金澤誠司
    • Organizer
      第32回日本オゾン協会年次研究講演会
  • [Presentation] 開閉可能な円筒型水処理リアクタの開発と水処理特性2023

    • Author(s)
      城戸真紘, 金丸真子, 古木貴志, 立花孝介, 市來龍大, 金澤誠司
    • Organizer
      2023 年(令和5年度) 応用物理学会九州支部学術講演会
  • [Presentation] 環境条件が負コロナ放電へ及ぼす影響とその統計処理2023

    • Author(s)
      宮本大輝, 古木貴志, 立花孝介, 市來龍大, 金澤誠司
    • Organizer
      2023 年(令和5年度) 応用物理学会九州支部学術講演会
  • [Presentation] A Single-shot LIF Imaging of N2(A3Su +) Metastable Molecules in the Afterglow of Streamer Discharge in N22023

    • Author(s)
      S. Kanazawa, J. Mizeraczyk, A. Kuno, S. Tanouchi, H. Tasaka, T. Furuki, K. Tachibana, R. Ichiki, M. Kocik
    • Organizer
      5th ISNPEDADM
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Initiation and propagation mechanisms of underwater positive/negative streamers2023

    • Author(s)
      Takehiko Sato, Hidemasa Fujita, Ryo Kumagai, Seiji Kanazawa, Kiyonobu Ohtani, Atsuki Komiya, Tomoki Nakajima, Toshiro Kaneko
    • Organizer
      GEC2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of innovative sterilization method by high-speed nanodroplets2023

    • Author(s)
      T. Sato, S. Fujimura, S. Kanazawa, Y. Xiao, T. Nakajima, S. Liu
    • Organizer
      7th Taiwan-Japan Workshop on Plasma Life Science and Technology
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Characteristics of High-speed Ultrafine Droplets2023

    • Author(s)
      T. Sato, S. Kanazawa, K. Tachibana, S. Liu, T. Nakajima
    • Organizer
      Twenty-third International Symposium on Advanced Fluid Information
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Chemical reactions induced by positive argon plasma in contact with dilute sulfuric acid investigated by using electron spin resonance method2023

    • Author(s)
      Kosuke Tachibana, Seiji Kanazawa, Katsuyuki Takahashi, Junko Hieda, Nozomi Takeuchi, Oi Lun L
    • Organizer
      EAPETEA-9
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Surface Coverage of Halide Ions at Plasma-Liquid Interface Investigated by Using Molecular Dynamics Simulations2023

    • Author(s)
      Hiryu Tasaka, Kosuke Tachibana, Seiji Kanazawa, Satoshi Uchida
    • Organizer
      EAPETEA-9
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Dynamic Relationship between Streamer Discharge Afterglow and Generated Metastable Nitrogen Molecules2023

    • Author(s)
      Shota Tanouchi, Akihito Kuno, Hiryu Tasaka, Takashi Furuki, Kosuke Tachibana, Ryuta Ichiki, Seiji Kanazawa, Jerzy Mizeraczyk, Marek Kocik
    • Organizer
      EAPETEA-9
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Advances in Design of Non-thermal Plasma Reactor for Water Treatment: Proposal of Half-Split Cylindrical Plasma Reactor2023

    • Author(s)
      S. Kanazawa, M. Kanamaru, M. Kido, T. Furuki, K. Tachibana, R. Ichiki
    • Organizer
      MRM2023/IUMRS-ICA2023 Grand Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Laser Induced Fluorescent Observation of NH radicals in Dielectric Barrier Discharge for Nitriding Treatment2023

    • Author(s)
      S. Wakabayashi, M. Ueda, A. Takeda, *R. Ichiki, K. Tachibana, T. Furuki, S. Kanazawa
    • Organizer
      MRM2023/IUMRS-ICA2023 Grand Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 放電プラズマ水処理用の新規リアクター開発への挑戦2023

    • Author(s)
      金澤誠司
    • Organizer
      2023年度静電気学会九州支部・放電プラズマによる水処理研究委員会合同研究会
  • [Remarks] 大分大学放電プラズマ研究室

    • URL

      https://www.eee.oita-u.ac.jp/elec/plasma/

URL: 

Published: 2024-12-25  

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