生体神経細胞模擬プラズマの生成・制御による開放系境界膜機能の探究

• Project/Area Number: 12780350
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: プラズマ理工学
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 大原 渡 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (80312601)
• Project Period (FY): 2000 – 2001
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2001)
• Budget Amount: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2001: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2000: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
• Keywords: 開放系 / 生体細胞膜 / シース / アルカリ金属イオン / ハロゲンイオン

Research Abstract

(1)現有の直線型真空容器(内直径16cm,長さ400cm)と磁場発生装置(4kG)を整備し,アルカリ塩化物(KCl)をオーブンにより気化して熱板に吹き付けると,熱解離によりK正イオンとCl負イオンが生成される.アルカリ金属(Na)を気化させてもう一方の端に設置したタングステン板に吹き付けると,接触電離によりNa正イオンが生成される.生体細胞を構成する主なイオン種はNa正イオン,K正イオン,Cl負イオンであり,生体細胞に類似したイオン種から成るプラズマ生成を試みた.
(2)アルカリ塩化物を昇華温度(1000℃以上)にまで加熱できるオーブンを開発した.アルカリ-ハロゲンプラズマの生成に成功した(密度〜10^7cm^<-3>,温度〜0.1eV).熱解離用熱板から放出される熱電子抑制のために熱板の温度を下げる必要があり,結果的にアルカリ-ハロゲンプラズマ密度を充分高めることはできなかった
(3)磁力線垂直方向拡散を利用して正負イオンと熱電子の分離を試みた.円環状のワイヤヒータにアルカリ塩化物を直接吹き付けると熱解離によって正負イオンが生成され,正負イオンのみが径方向内側拡散によって中央部に集まる.下流域では電子の存在しない純粋なアルカリ-ハロゲンプラズマの生成に成功し,プラズマ密度は10倍以上増加した.KCl以外にCsClでもプラズマ生成に成功した.供給するアルカリ塩化物の種類を変える(Kl,KBrなど)のみで多様なアルカリ-ハロゲンプラズマを生成することができることがわかった.
(4)Na正イオンの供給量を増加していき,単位時間あたりのNa正イオンの供給量がK正イオンの供給量を上回ると系は不安定になり,粒子の系外への排出数は間欠的に多くなる.更にNa正イオンの供給量を多くしていくと,逆に系は安定化する.系の状態はイオンの供給バランスに依存していることが明らかになった.

Research Products

• [Publications] W.Oohara: "Fullerene-Dimer Formation Using Pair-Ion Plasma"Proc. of International Conference on Phenomena in Ionized Gases(XXV ICPIG). 3. 273-274 (2001)
• [Publications] G.Sato: "An Efficient Plasma Production Using Rotating Radio-Frequency Electromagnetic Fields in a Very Low Magnetic Field"Proc. of International Conference on Phenomena in Ionized Gases (XXV ICPIG). 1. 67-68 (2001)
• [Publications] V.I.Maslov: "Role and Properties of Solitary Electric Field in Dusty Plasma Flow with Fullerenes"Proc. of International Conference on Phenomena in Ionized Gases (XXV ICPIG). 2. 185-186 (2001)
• [Publications] R.Hatakeyama: "Formation of Fullerenes and Carbon Nanotubes with Novel Structures Using Plasma Technology"Proc. of The 21th Fullerene General Symposium. 4 (2001)
• [Publications] W. Oohara: "Dynamic Evolution of Plasma Structures due to Local Production of Massive Negative Ions"Journal of the Physical Society of Japan. 71. 373-376 (2002)
• [Publications] N.Tomioka: "Dimer-Formation Using Fullerene-Ion Plasma"Proc.of the 19th Fullerene General Symposium. 36 (2000)
• [Publications] W.Oohara: "Characteristics of Fullerene-Ion Plasma"Proc.of 2000 International Congress on Plasma Physics. BP1.036. 9 (2000)
• [Publications] W.Oohara: "Local Production of Massive Negative Ions Accompanied by Plasma Structure Modification"Proc.of Plasma Science Symposium 2001/The 18th Symposium on Plasma Processing. SPP-18. 69-70 (2001)
• [Publications] N.Tomioka: "Production of Pair-Ion Plasma Accompanied by Fullerene-Dimer Formation"Proc.of Plasma Science Symposium 2001/The 18th Symposium on Plasma Processing. SPP-18. 737-738 (2001)