2021 Fiscal Year Annual Research Report
非平衡プラズマと触媒による協奏的原子化プロセスと精密ウラン同位体分析の実現
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21H01858
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
桑原 彬 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (50732418)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
富田 英生 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (20432239)
澤田 佳代 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (90372531)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 同位体分析 / レーザー共鳴イオン化 / 非平衡プラズマ / プラズマ触媒 / 質量分析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度は、①誘電体バリアー放電（DBD）プラズマ装置の開発と電子密度計測、②低温プラズマジェットの実証、③アブレーションプラズマのレーザー共鳴質量分析（RIMS）への適用性の検討を実施した。
①安価な交流高圧電源を用いたDBDプラズマの生成装置について、放電管内部に片方の電極を配置したリアクター型、放電管外周部に2つの電極を配置したジェット型の2つの装置を開発し、大気圧下でのプラズマ着火条件、ジェット型においては、ジェット生成条件も明らかにした。ジェット部の発光分光計測からは、アルゴンの原子線が確認された。次に、炭酸ガスレーザーを光源としたヘテロダイン干渉計により、ジェット部の電子密度を計測した。その結果、ジェットの衝突した金属（サンプル模擬）表面近傍では、電子密度が数倍増加することが確認された。
②最終的に組み合わせる超音速ノズルについて、直流放電式のプラズマジェットを用いた低温化の実証実験を実施した。その結果、プラズマのガス温度を約マイナス200度まで低下させることに成功した（学術論文出版済み）。
③プラズマ源の1つとして構想しているアブレーションプラズマについて、RIMSへの適用性の検討として、高真空下でナノ秒レーザー照射により生成したプラズマ中の原子群の挙動を明らかにした。主な成果として、プラズマ化した原子のうち、約40%がイオン化部に到達せず排気されること、その際にスペクトル分裂を引き起こすことを明らかにした（学術論文投稿準備中）。
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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
誘電体バリア放電プラズマのプラズマ診断について、ヘテロダイン干渉計の光学システムの構築に時間を要したことで2021年度の実施内容に遅れが生じたが、超音速ノズルによる低温化及びアブレーションプラズマに関する研究については、想定を上回る成果が出ており、全体としておおむね順調に進展していると評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は、誘電体バリア放電プラズマの中真空下での生成実験と電子密度計測を実施する予定である。次に、プラズマジェット中に浮遊電位で銅メッシュを設置し、周囲における電子密度の変化を明らかにする。次に、アブレーションプラズマの原子を対象に内部励起がRIMS検出感度に与える影響をレーザー吸収分光により明らかにする。
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