レーザ分光法による非熱平衡プラズマのラジカル計測および反応過程の研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15760192
• 研究機関: 独立行政法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 小野 亮 独立行政法人産業技術総合研究所, 爆発安全研究センター, 研究員 (90323443)
• キーワード: 非熱平衡プラズマ / パルスコロナ放電 / オゾン / シュリーレン / レーザ誘起蛍光法 / 二次元レーザ吸収法 / ストリーマ / 二次元分布

研究概要

非熱平衡プラズマを生成するパルスコロナ放電では、ストリーマが重要な鍵を握っている。極単ゲート付(5ns)ICCDカメラを用いてストリーマが進展する様子をnsオーダで観測し、特にストリーマ・ヘッドの進展に伴う初期ストリーマと、その後のオーミックな電流を伴う二次ストリーマに注目した。その結果、印加電圧がある閾値以下では初期ストリーマのみ発生し、閾値を超えると二次ストリーマも発生することが分かった。二次元レーザ吸収法によるオゾンの観測からオゾンのほとんどは二次ストリーマで生成されることを明らかにし、オゾンは従来言われているような少数の高エネルギー電子を供給する初期ストリーマよりも、多数の低エネルギー電子を供給する二次ストリーマで生成されることを示した。この結果から、オゾンの生成過程には、これまで非熱平衡プラズマではあまり重要視されていなかった振動励起の窒素や酸素分子等が重要な役割を果たしている可能性を指摘し、今後の非熱平衡プラズマの反応を考える上での道程を示すことができた。
さらにストリーマを詳細に観測し、(i)印加電圧が高いほど初期ストリーマに対する二次ストリーマの割合が増加する、(ii)酸素濃度が増えるとストリーマが太くなり枝分かれが減少することを示した。(i)はストリーマ放電によるオゾンなどのラジカル生成効率の議論に影響し、(ii)はストリーマの進展機構を探る上で重要な結果である。またレーザ・シュリーレン法によりストリーマで生成された高温のストリーマ・チャネルを観測し、これが放電後100μsから1msのオーダで拡散していく様子を可視化した。この結果は、ストリーマで生成されたラジカルが放電後どのように拡散するかを視覚的に理解する上で役立つ結果である。

研究成果

• [文献書誌] R.Ono, T.Oda: "Spatial Distribution of Ozone Density in Pulsed Corona Discharges Observed by Two-dimensional Laser Absorption Method"J.Phys.D. 37. 730-735 (2004)
• [文献書誌] R.Ono, T.Oda: "Visualization of Streamer Channels and Shock Waves Generated by Positive Pulsed Corona Discharge Using Laser Schlieren Method"Jpn.J.Appl.Phys.. 43.1. 321-327 (2004)
• [文献書誌] R.Ono, T.Oda: "Formation and Structure of Primary and Secondary Streamers in Positive Pulsed Corona Discharge -- Effect of Oxygen Concentration and Applied Voltage"J.Phys.D. 36. 1952-1958 (2003)
• [文献書誌] 小野 亮, 小田 哲治: "パルスコロナおよびパルスバリア放電下のOHラジカルの測定"電気学会論文誌. 123-A.9. 920-925 (2003)
• [文献書誌] R.Ono, T.Oda: "Dynamics of Ozone and OH Radicals Generated by Pulsed Corona Discharge in Humid-Air Flow Reactor Measured by Laser Spectroscopy"J.Appl.Phys.. 93.10. 5876-5882 (2003)
• [文献書誌] R.Ono, T.Oda: "Measurement and Kinetic Analysis of Ozone and OH Radicals in Pulsed Corona Discharge Plasma"2003 IEEE Int.Conf.Plasma Sci.. 252 (2003)