2013 Fiscal Year Annual Research Report
メートル長高密度大気圧マイクロ波プラズマ生成とその物理過程の解明
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25286079
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
豊田 浩孝 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70207653)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 大気圧プラズマ / マイクロ波 / 長尺プラズマ / 高密度プラズマ / 表面処理 |
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| Research Abstract |
長尺かつ高プラズマ密度をもつ大気圧プラズマは、様々な大面積対象物の高速処理に有効なプラズマ源として多くの分野からその実現が求められている。本研究代表者は、従来にない高密度かつメートルサイズで長尺な大気圧プラズマ生成手法として、サーキュレーターを利用して定在波の存在しない導波管構造を実現し、長尺のスロット内部で直線的かつ均一なマイクロ波プラズマを生成することに成功した。本研究は、これまでの基礎実験の結果から明らかとなっている、“スロットに沿ってプラズマが移動する”という本プラズマの特徴的な挙動に着目し、詳細なプラズマ計測をもとにその機構を明らかにする。これをもとに本プラズマ源の生成・制御に関する知見を得ることでメートル級長尺プラズマ装置の設計指針を明らかにすることを本研究の目的としている。
本年度はプラズマ移動の物理現象を明らかにするために、高速度ビデオカメラを用いてプラズマの挙動、すなわち導波管サイズ、マイクロ波電力、マイクロ波パルス周期等のパラメータに対するプラズマ移動速度を測定した。その結果、平均マイクロ波電力の増加とともにプラズマの移動速度が増加していくことが明らかとなった。また、個々のプラズマの発光強度を詳細に解析することにより、移動するプラズマの先端側の発光強度が後尾側の発光強度よりも強いことがわかった。このような発光強度の違いはプラズマ生成レートの違いを示しており、プラズマ内におけるマイクロ波電界強度の違いが電離レートの分布を引き起こしこれがプラズマ移動の原因となっている可能性が示された。また、スロット内部の電界強度についてシミュレーションをおこない、スロット端におけるマイクロ波反射の影響について検討し、シミュレーションと実験の間でよい一致が見出されることを明らかにした。
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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
今年度の研究は、本プラズマにおけるプラズマの生成およびプラズマの移動機構の解明、およびシミュレーションを援用してスロットの端部におけるマイクロ波反射の影響を考慮したプラズマの分布の検討を行うことを目的としている。高速度カメラを用いたプラズマ挙動の詳細な解析研究により、プラズマ発光強度およびプラズマ生成レートが、スロットを移動する個々のプラズマにおいて空間的に分布していることを明らかにでき、この結果からマイクロ波進行方向に対するプラズマの移動に関する物理的機構をある程度明らかにすることができた。さらに、スロット端部におけるプラズマ発光分布について、スロット端におけるマイクロ波反射の影響によるものと考え、シミュレーションにより電界強度分布を求めたところ、実験的に得られた発光強度分布とよい一致が見られた。このように本年度に設定した２つの目標について達成することができたことからおおむね順調に進展していると評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、プラズマのさらなる長尺化およびプラズマの移動の物理機構のさらなる解明をおこなう。また、プラズマの気相反応について調査するために放電ガスに微量の分子ガスを導入しプラズマの生成への影響を調査するとともに、分光的手法を援用したガス温度の測定や活性種の計測に着手する予定である。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
本年度は高速度ビデオカメラを用いたプラズマ挙動の解析を中心に研究を行った。ICCDカメラ部品の購入費用に当該助成金を充てる予定であった。しかし、幸いにICCDカメラについて、別途関係研究者の協力によりカメラを借用することが可能となったため、当該助成金を充てることなく本年度はICCDカメラによるプラズマ計測に着手することができた。
上記の通りICCDカメラについては、当該助成金を用いることなく使用するめどが立ったため当該助成金を別途の目的に有効に利用することができるようになった。特にこれまでの研究によりスロット構造がプラズマ生成に大きく影響していることがより明確になってきたため、プラズマ生成の最適化のために、種々のスロット板の制作に有効利用することを考えている。
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