ナノ秒パルスパワー技術開発と環境・バイオ・リサイクル及び医療への応用

• 研究課題/領域番号: 15206029
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電力工学・電気機器工学
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 秋山 秀典 熊本大学, 大学院自然科学研究科, 教授 (50126827)
• 研究分担者: 勝木 淳 熊本大学, 大学院自然科学研究科, 助教授 (80233758) ; 浪平 隆男 熊本大学, 大学院自然科学研究科, 助教授 (40315289)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 47,840千円 (直接経費: 36,800千円、間接経費: 11,040千円); 2006年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2005年度: 13,650千円 (直接経費: 10,500千円、間接経費: 3,150千円); 2004年度: 14,430千円 (直接経費: 11,100千円、間接経費: 3,330千円); 2003年度: 14,950千円 (直接経費: 11,500千円、間接経費: 3,450千円)
• キーワード: パルスパワー / ナノ秒 / 環境 / バイオ / リサイクル / 水中プラズマ / プラズマ / 大気圧プラズマ

研究概要

本研究目的は、パルス幅をナノ秒と極短パルスにした高繰り返しナノ秒パルスパワー発生装置を開発することである。さらに、発生したナノ秒パルスパワーを用いて、気体中、水中及び固体中で放電プラズマを生成し、バイオ、生体、化学物質等との相互作用を調べ、ナノ秒パルスパワー応用としての次世代産業利用の基礎を築くことである。これまでの研究成果の概要は下記のようである。
1.超短パルス高繰り返しパルスパワー発生装置の開発
油を媒質に用いたブルームライン線路方式により、ナノ秒パルスパワー発生装置を開発した。線路の充電電源として、パルス幅が100ナノ秒の磁気パルス圧縮方式パルスパワー発生装置を用いた。さらなる高繰り返し化のため、反転用スイッチとして磁気スイッチを用いた。
2.パルスパワーを用いた高気圧気体中、液体中及び固体中での放電プラズマ生成
高気圧高温度領域まで制御可能な容器を作成し、二酸化炭素の状態を気体、液体、超臨界流体まで変えることができた。その容器内での放電プラズマ生成条件を明らかにした。さらに、放電進展の様子の観測、及び放電プラズマの温度と密度計測を行った。
3.高繰り返しパルスパワー発生装置の利用
ナノ秒パルスパワー発生装置を用いた自動車からの排ガス処理に関する研究を行い、100ナノ秒の場合と比較して、高効率であることが分かった。また、アオコへの影響を調べ、アオコの細胞内ガス胞がつぶれ湖沼の底に沈むことが分かった。さらに、パルス電界によりがん細胞のアポトーシス誘発実験を行い、サブナノ秒パルス電界を用いるとアポトーシスが誘発できることも確認した。

研究成果

• [雑誌論文] Shock Waves due to Pulsed Streamer Discharges in Water (2006)
  • 著者名/発表者名: Sunao Katsuki
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics Vol.45,No.1A ページ: 239-242
  • NAID: 40007102814
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Effects of an axial magnetic field on Z-pinch plasmas for extreme ultraviolet sources (2006)
  • 著者名/発表者名: Sunao Katsuki
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 99 ページ: 13305-13305
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 水中パルス放電方式骨材再生技術 (2006)
  • 著者名/発表者名: 浪平隆男
  • 雑誌名: 電気学会論文誌A Vol.126,No.3 ページ: 197-198
  • NAID: 10017277228
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 大容量水中パルスストリーマ放電を用いた大腸菌の殺菌 (2006)
  • 著者名/発表者名: 札元泰輔
  • 雑誌名: 電気学会論文誌A Vol.126,No.7 ページ: 669-674
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] パルスパワーを用いたストリーマ状水中放電プラズマの生成 (2006)
  • 著者名/発表者名: 佐久川貴志
  • 雑誌名: 電気学会論文誌A Vol.126,No.7 ページ: 703-708
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The Effects of Pulsed Streamerlike Discharge on Cyanobacteria Cells (2006)
  • 著者名/発表者名: Zi Li
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Plasma Science Vol.34,No.5 ページ: 1719-1724
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Feasibility Studies of EMTP Simulation for the Design of the Pulsed-Power Generator Using MPC and BPFN for Water Treatments (2006)
  • 著者名/発表者名: Jaegu Choi
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Plasma Science Vol.34,No.5 ページ: 1744-1750
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Shock Waves due to Pulsed Streamer Discharges in Water (2006)
  • 著者名/発表者名: Sunao Katsuki
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics Vol.45-No.1A ページ: 239-242
  • NAID: 40007102814
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Recycled Coarse Aggregate Produced by Pulsed Discharge in Water (2006)
  • 著者名/発表者名: Takao Namihira
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials Vol.126-No.3 ページ: 197-198
  • NAID: 120002469048
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Sterilization of E. coli by means of Pulsed Streamer Discharges in Water using a Continuous Flow System (2006)
  • 著者名/発表者名: Taisuke Fudamoto
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials Vol.126-No.7 ページ: 669-674
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Generation of Streamer Discharge Plasma in Water by All Solid-State Pulsed Power (2006)
  • 著者名/発表者名: Takashi Sakugawa
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials Vol.126-No.7 ページ: 703-708
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The Effects of Pulsed Streamerlike Discharge on Cyanobacteria Cells (2006)
  • 著者名/発表者名: Zi Li
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Plasma Science Vol. 34-No.5 ページ: 1719-1724
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Feasibility Studies of EMTP Simulation for the Design of the Pulsed-Power Generator Using MPC and BPFN for Water Treatments (2006)
  • 著者名/発表者名: Jaegu Choi
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Plasma Science Vol. 34-No.5 ページ: 1744-1750
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] 大容量水中パルスストリーマ放電を用いた大腸菌の殺菌 (2006)
  • 著者名/発表者名: 札元泰助, 浪平隆男, 勝木淳, 秋山秀典, 今久保知史, 真島隆司
  • 雑誌名: 電気学会論文誌A, 基礎・材料・共通部門(IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials) Vol.126, No.7 ページ: 669-674
  • NAID: 10017600319
• [雑誌論文] パルスパワーを用いたストリーマ状水中放電プラズマの生成 (2006)
  • 著者名/発表者名: 佐久川貴志, 山口崇弘, 山本邦博, 崔再九, 喜屋武毅, 浪平隆男, 勝木淳, 秋山秀典
  • 雑誌名: 電気学会論文誌A, 基礎・材料・共通部門(IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials) Vol.126, No.7 ページ: 703-708
  • NAID: 10017600387
• [雑誌論文] The Effects of Pulsed Streamerlike Discharge on Cyanobacteria Cells (2006)
  • 著者名/発表者名: Z.Li, S.Sakai, C.Yamada, D.Wang, S.Chung.X.Lin, T.Namihira, S.Katsuki, H.Akiyama
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Plasma Science Vol.34, No.5 ページ: 1719-1724
  • NAID: 120002464360
• [雑誌論文] パルスパワーによる大気圧プラズマ生成 (2006)
  • 著者名/発表者名: 高木浩一, 浪平隆男
  • 雑誌名: 電気学会論文誌A, 基礎・材料・共通部門(IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials) Vol.126, No.12 ページ: 784-787
  • NAID: 10018410850
• [雑誌論文] Zピンチ放電プラズマEUV光源 (2005)
  • 著者名/発表者名: 勝木淳
  • 雑誌名: Journal of Plasma and Fusion Research Vol.81,No.4 ページ: 231-239
  • NAID: 110006281921
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 半導体パルスパワー電源のプラズマ応用機器への適用 (2005)
  • 著者名/発表者名: 佐久川貴志
  • 雑誌名: Journal of Plasma and Fusion Research Vol.81,No.5 ページ: 350-354
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] SOSダイオードによる誘導性エネルギー蓄積型パルス電源 (2005)
  • 著者名/発表者名: 浪平隆男
  • 雑誌名: Journal of Plasma and Fusion Research Vol.81,No.5 ページ: 355-358
  • NAID: 110006282110
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Dependence of Nox Removal by Pulsed Streamer Discharge on the Input Energy Density to Nitric Oxide Ratio (2005)
  • 著者名/発表者名: Douyan Wang
  • 雑誌名: Journal of Advanced Oxidation Technologies Vol.8, No.2 ページ: 248-254
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Novel Dual Marx Generator for Microplasma Applications (2005)
  • 著者名/発表者名: Tammo Heeren
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Plasma Science Vol.33,No.4 ページ: 1205-1209
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Separation of Metal from Metal-Plated Plastic by Pulsed Power (2005)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Akiyama
  • 雑誌名: 電気学会論文誌A, IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials Vol.125,No.12 ページ: 1006-1010
  • NAID: 10017079573
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Optimizing Operational Parameters for Z-Pinch EUV Source by Artificial Neural Network (2005)
  • 著者名/発表者名: Chaohai Zhang
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics Vol.44,No.7B ページ: 5544-5546
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] EUV emission from gas discharge produced plasmas with solid tin as target (2005)
  • 著者名/発表者名: Chaohai Zhang
  • 雑誌名: Journal of Physics D : Applied Physics 38 ページ: 4191-4195
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Industrial Applications of Pulsed Power (2005)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Akiyama
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials Vol.125,No.9 ページ: 717-722
  • NAID: 130000085217
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Z-Pinch Discharge Plasma Based EUV Sources (2005)
  • 著者名/発表者名: Sunao Katsuki
  • 雑誌名: Journal of Plasma and Fusion Research Vol.81-No.4 ページ: 231-239
  • NAID: 110006281921
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Application of All Solid-State Pulsed Power Generators to Equipment Using Plasmas (2005)
  • 著者名/発表者名: Takashi Sakugawa
  • 雑誌名: Journal of Plasma and Fusion Research Vol.81-No.5 ページ: 350-354
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Pulsed Power Generation with Inductive-Energy Using Semiconductor Opening Switch (2005)
  • 著者名/発表者名: Takao Namihira
  • 雑誌名: Journal of Plasma and Fusion Research Vol.81-No.5 ページ: 355-358
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Dependence of Nox Removal by Pulsed Streamer Discharge on the Input Energy Density to Nitric Oxide Ratio (2005)
  • 著者名/発表者名: Douyan Wang
  • 雑誌名: Journal of Advanced Oxidation Technologies Vol.8-No.2 ページ: 248-254
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Novel Dual Marx Generator for Microplasma Applications (2005)
  • 著者名/発表者名: Tammo Heeren
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Plasma Science Vol. 33-No.4 ページ: 1205-1209
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Separation of Metal from Metal-Plated Plastic by Pulsed Power (2005)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Akiyama
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials Vol.125-No.12 ページ: 1006-1010
  • NAID: 10017079573
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Optimizing Operational Parameters for Z-Pinch EUV Source by Artificial Neural Network (2005)
  • 著者名/発表者名: Chaohai Zhang
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics Vol.44-No.7B ページ: 5544-5546
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Industrial Applications of Pulsed Power (2005)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Akiyama
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials Vol.125-No.9 ページ: 717-722
  • NAID: 130000085217
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] 半導体パルスパワー電源のプラズマ応用機器への適用 (2005)
  • 著者名/発表者名: 佐久川貴志, 浪平隆男, 勝木淳, 秋山秀典, 長田俊宏, 小金澤竹久
  • 雑誌名: Journal of Plasma and Fusion Research Vol.8, No.5 ページ: 350-354
  • NAID: 110006282109
• [雑誌論文] SOSダイオードによる誘導性エネルギー蓄積型パルス電源 (2005)
  • 著者名/発表者名: 浪平隆男, 佐久川貴志, 勝木淳, 秋山秀典
  • 雑誌名: Journal of Plasma and Fusion Research Vol.8, No.5 ページ: 355-358
  • NAID: 110006282110
• [雑誌論文] Dependence of Nox Removal by Pulsed Streamer Discharge on the Input Energy Density to Nitric Oxide Ratio (2005)
  • 著者名/発表者名: Douyan Wang, Takao Namihira, Sunao Katsuki, Hidenori Akiyama
  • 雑誌名: Journal of Advanced Oxidation Technologies Vol.8 No.2 ページ: 248-254
• [雑誌論文] Separation of Metal from Metal-Plated Plastic by Pulsed Power (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Akiyama, T.Nagashima, T.Namihira, Y.Kato, N.Shimomura, S.Katsuki, T.Hisazumi
  • 雑誌名: 電気学会論文誌A, IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials Vol.125, No.12 ページ: 1006-1010
  • NAID: 10017079573
• [雑誌論文] Novel Dual Marx Generator for Microplasma Applications (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Heeren, T.Ueno, D.Wang, T.Namihira, S.Katsuki, H.Akiyama
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Plasma Science Vol.33, No.4 ページ: 1205-1209
  • NAID: 120002465814
• [雑誌論文] 人工呼吸器組込型NO生成装置の開発 (2004)
  • 著者名/発表者名: 浪平隆男
  • 雑誌名: 電気学会論文誌C Vol.124,No.1 ページ: 215-216
  • NAID: 10011820279
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] パルスパワー方式排ガス処理に関する基礎研究-NO初期濃度による影響- (2004)
  • 著者名/発表者名: 王斗艶
  • 雑誌名: 電気学会論文誌A Vol.124,No.8 ページ: 741-746
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The Reactor Design for Diesel Exhaust Control Using a Magnetic Pulse Compressor (2004)
  • 著者名/発表者名: Douyan Wang
  • 雑誌名: IEEE Transaction on Plasma Science Vol.32,No.5 ページ: 2038-2044
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] パルスアーク放電からの衝撃波進展特性 (2004)
  • 著者名/発表者名: 高木浩一
  • 雑誌名: プラズマ応用科学 Vol.12 ページ: 137-142
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Development of NO Generator for Medical Applications (2004)
  • 著者名/発表者名: Takao Namihira
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems Vo1.124-No.1 ページ: 215-216
  • NAID: 10011820279
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Effect of NO Initial Concentration on NOx Removal Using Pulsed Power (2004)
  • 著者名/発表者名: Douyan Wang
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials Vo1.124-No.8 ページ: 741-746
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The Reactor Design for Diesel Exhaust Control Using a Magnetic Pulse Compressor (2004)
  • 著者名/発表者名: Douyan Wang
  • 雑誌名: IEEE Transaction on Plasma Science Vol.32-No.5 ページ: 2038-2044
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Characteristics of Shockwave Expansion from Pulse Arc Discharge (2004)
  • 著者名/発表者名: Kohichi Takaki
  • 雑誌名: Journa of Institute of Applied Plasma Science Vol.12 ページ: 137-142
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] パルスパワー方式排ガス処理に関する基礎研究-NO初期濃度による影響- (2004)
  • 著者名/発表者名: 王斗艶, 浪平隆男, 勝木淳, 秋山秀典
  • 雑誌名: 電気学会論文誌A(基礎・材料・共通部門誌) Vol.124, No.8 ページ: 741-746
  • NAID: 10013325826
• [雑誌論文] マイクロプラズマの生成 (2004)
  • 著者名/発表者名: 石井彰三, 秋山秀典, 八田章光
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会誌 Vol.80, No.10 ページ: 827-834
  • NAID: 110003827863
• [雑誌論文] The Reactor Design for Diesel Exhaust Control Using a Magnetic Pulse Compressor (2004)
  • 著者名/発表者名: Douyan Wang, Takao Namihira, Koji Fujiya, Sunao Katsuki, Hidenori Akiyama
  • 雑誌名: IEEE Transaction on Plasma Science Vol.32, No.5 ページ: 2038-2044
  • NAID: 120002464289
• [雑誌論文] 水中パルスパワー放電を用いた廃回路基板のリサイクル (2003)
  • 著者名/発表者名: 中司宏
  • 雑誌名: 電気学会論文誌A Vol.123,No.6 ページ: 531-536
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 線対平板電極を用いた大容量水中ストリーマ放電の特性 (2003)
  • 著者名/発表者名: 中司宏
  • 雑誌名: 電気学会論文誌A Vol.123, No.7 ページ: 618-622
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Propagation Velocity of Pulsed Streamer Discharges in Atmospheric Air (2003)
  • 著者名/発表者名: Takao Namihira
  • 雑誌名: IEEE Transaction on Plasma Science Vol.31,No.5 ページ: 1091-1094
  • NAID: 120002464290
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Fragmentation of Refuse Circuit Board using Pulsed Power Discharges in Water (2003)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Nakashi
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials Vol.123-No.6 ページ: 531-536
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Characteristics of Large Volume Discharges in Water using Pulsed Power (2003)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Nakashi
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials Vol.123-No.7 ページ: 618-622
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Propagation Velocity of Pulsed Streamer Discharges in Atmospheric Air (2003)
  • 著者名/発表者名: Takao Namihira
  • 雑誌名: IEEE Transaction on Plasma Science Vol.31-No.5 ページ: 1091-1094
  • NAID: 120002464290
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] 高電圧パルスパワー (2003)
  • 著者名/発表者名: 秋山秀典
  • 総ページ数: 172
  • 出版者: オーム社
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] High Voltage Pulsed Power Engineering (2003)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Akiyama
  • 総ページ数: 172
  • 出版者: Ohmsha
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Namihira: "Propagation Velocity of Pulsed Streamer Discharges in Atmospheric Air"IEEE Transaction on Plasma Science. 31・5. 1091-1094 (2003)
• [文献書誌] 浪平隆男: "人工呼吸器組込型NO生成装置の開発"電気学会論文誌C. 124・1. 215-216 (2004)
• [文献書誌] 秋山秀典: "高電圧パルスパワー工学"オーム社. 172 (2003)