| 研究課題/領域番号 |
16H02121
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
佐々木 浩一 北海道大学, 工学研究院, 教授 (50235248)
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| 研究分担者 |
西山 修輔 北海道大学, 工学研究院, 助教 (30333628)
白井 直機 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (80552281)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | プラズマ・液体相互作用 / 大気圧プラズマ / レーザー応用計測 |
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| 研究実績の概要 |
平成29年度には，研究計画調書で平成28年度に実施するとしていた事項のうちで積み残しとなっていた実験を遂行するとともに，平成29年度に実施を計画していた実験を順調に遂行し，さらに，研究計画調書には無いより進んだ研究を展開している。
まず，塩化カルシウム水溶液と接する大気圧ヘリウムグロー放電中のカルシウム原子およびカルシウムイオンの2次元空間分布をレーザー誘起蛍光法で計測した。研究計画調書(28年度)ではナトリウムとしていた測定対象をカルシウムに変更することで，中性原子だけで無く，研究計画調書には無いイオンの測定も可能とした。結果として，カルシウム原子に比してカルシウムイオンの密度は極めて低いとの推定が得られ，液体中でイオンとして存在するカルシウムが気相に輸送されるメカニズムを解明するための材料が得られた。
研究計画調書では，平成29年度の課題として，プラズマと相互作用する液相の振る舞いおよび液相での反応現象の理解を挙げていたが，これについては，研究計画発案時には無かった新しいアイデアに基づく方法を開発した。即ち，ルミノールをアルカリ溶液に溶かしてプラズマと相互作用させると，プラズマから供給される短寿命酸化種との反応に起因するとみられる化学ルミネッセンスが観測できることを新たに示し，これを既存の方法と併用することで，プラズマと相互作用する液相での反応現象を調べた。
さらに，研究計画調書では実験項目として挙がっていない実験として，低ガス圧プラズマと液体金属の相互作用による液滴生成実験，フラッシュフォトリシスを用いてイオン液体中に生成した溶媒和電子とプラズマとの反応を調べる実験，および，塩化カルシウム液滴が存在する空間にレーザー誘起プラズマを生成し，液滴の蒸発による生成物をレーザー誘起蛍光法で調べる実験を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
上に述べたように，平成28年度の計画開始以来，本計画は順調に進行している。研究計画調書発案時に計画した実験項目は，一部について実験方式に異なる点があるものの，得られるべき科学的理解という点では，ほぼすべてにおいて結果が得られるに至っている。実験方式を変更したものについては，当初計画のダウングレードということでは無く，より明確な結果が得られる優れた実験技術を開発したものである。さらに，低ガス圧プラズマと液体金属の相互作用による液滴生成実験，フラッシュフォトリシスを用いてイオン液体中に生成した溶媒和電子とプラズマとの反応を調べる実験，および，塩化カルシウム液滴が存在する空間にレーザー誘起プラズマを生成し，液滴の蒸発による生成物をレーザー誘起蛍光法で調べる実験は，研究計画調書発案時には着想できていなかった実験であるが，それぞれ，液滴の発生に重要なプラズマパラメータの同定，研究例がほとんど無い溶媒和電子とプラズマとの相互作用を調べる新しい実験技術，および，液滴の瞬時蒸発時には熱平衡的な蒸発と異なる生成物が生じることを示す事実のように，科学的に価値の高い成果が得られている。以上のことから，本計画は当初の計画以上に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
研究計画調書における平成30年度の実験計画は，1)プラズマ生成をパルス化した場合にこれまでの実験技術を適用し過渡現象を調べること，および，2)プラズマ誘起液相反応における短寿命ラジカルと長寿命ラジカルの効果を分離して理解することとしている。1)についてはこれまでの実験でも折に触れて実施しており，今年度は体系的に実施してキーとなる諸現象の時定数を整理したいと考えている。2)については，平成29年度に開発したルミノールの化学ルミネッセンス法と，気相で実施するエバネッセント波レーザー誘起蛍光法（研究計画調書には無い新しい方法）の結果を比較することで，重要な知見が得られると考えている。
また，計画開始後に新たに着想した液体金属を用いる実験によりプラズマとの相互作用による液体からの液滴発生メカニズムを解明するとともに，フラッシュフォトリシスを用いる方法により溶媒和電子とプラズマとの反応過程を理解したい。
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