低周波誘導熱プラズマ炉の試作と巨大クラスター生成への応用

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08555067
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 作田 忠裕 金沢大学, 工学部, 教授 (80135318)
• 研究分担者: 宮本 昌弘 富士電機総合研究所, 課長 ; 榊原 建樹 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (10023243) ; 滝川 浩史 豊橋技術科学大学, 工学部, 助教授 (90226952)
• キーワード: 低周波磁界 / 大口径プラズマ / プラズマ・プロセシング / 高速プロセミング / インバータ電源 / クラスター / フラーレン

研究概要

本研究は、プラズマ発生用電磁界の周波数を、従来までの数MHz領域から、500から50kHz程度に低下させ、浸透深さの大きい低周波電力をプラズマ陽光柱内に深くに注入し、その高温領域を拡大化し、安定、定常に大口径誘導熱プラズマを発生させようとするものである。そのための誘導プラズマ炉を設計製作し、連続運転のための電気的、熱的問題を解決する。さらに試作したプラズマ炉を用いて具体的に巨大クラスターすなわちフラーレンの高速、高効率生成を試みるものである。本平成9年度で得られた主要な結果を要約する。
1)1MHzから50kHz低周波域における誘導プラズマの発生 低周波磁界の長い浸透深さを利用した大口径誘導プラズマの発生を直径100mmの石英管を用いて行い、約70kWで大口径プラズマ発生に成功した。これにより1MHzから50kHzまでの広範囲な周波数領域で大口径プラズマ発生が可能であることを検証した。
2)フラーレン生成実験 これに基づき、フラーレン生成に有利と考えられるHe/CO2誘導プラズマを発生させカーボン粒子をプラズマ内に導入、反応させることにより初めてC60ならびにC70のフラーレン生成に成功した。高速液体クロマトグラフから反応炉各場所における生成量を確認したところ、位置空間的に生成割合が分布しており、さらに効率を上げるための実験の必要性が判明した。
3)450kHzインバータ電源にる誘導プラズマ発生 工業的に最も使用しやすい450kHzに的を絞り、最新式インバータ電源による大口径プラズマの発生に成功した。次年度ではこれを用いて高速、高効率のフラーレン生成実験を行う。

研究成果

• [文献書誌] 宮本昌弘, 作田忠裕他: "50kHz磁界による大口径誘導熱プラズマの発生" 電気学会論文誌B. Vol.117-B. 671-678 (1997)
• [文献書誌] K.C.Paul, T.Sakuta: "Transport and Thermodynamic Properties of SF_6 Gas Contaminated by PTFE reinforced with Al_2O_3 and BN Particles" IEEE Trans.on Plasma Science. Vol.25. 786-798 (1997)
• [文献書誌] T.Sakuta 他: "Generation of 50-kHz Large Area Induction Therinal Plasma for High Rate,Vniform Processing" IEEE Trans. on Plasma Science. Vol.25. 1029-1033 (1997)
• [文献書誌] T.Sakuta 他: "Generation of Large Area He/CO_2 Induction Plasma for C_<60> Fullerene Synthesis" 1st Asia-Pacific Int.Symp.Basic and Appl.of Plasma Tech. 55-58 (1997)
• [文献書誌] T.Ishigaki, T.Sakuta 他: "Generation of Pulse-modulated Induction thermol Plasma at atmospheric pressure" Appl.Phys.Lett.71. 3787-3789 (1997)
• [文献書誌] J.Mostaghimi, T.Sakuta 他: "Transient response of the radio frequency inductively coupled Plasma to a sudden change in power" J.of Applied Physics. 83. 1898-1908 (1998)