| 研究課題/領域番号 |
16K06123
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| 研究機関 | 愛媛大学 |
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研究代表者 |
向笠 忍 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 准教授 (20284391)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 液中プラズマ / 高圧水中 / 高電圧パルス放電 / 海底資源探査 / 発光分光 |
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| 研究実績の概要 |
大気圧を超える水中でのプラズマ現象に関する基礎的なデータ取得を目的として，高電圧パルス放電方式による実験装置の製作を行った．放電発生方法としてガソリンエンジン用のイグニッションコイルを用いた．この方法はすでに大気圧下では研究が進んでおり，金属電極損傷による金属ナノ粒子合成に用いられている．本目的において，電極損傷は好ましくないため損傷の起きにくい銅を使用した．最大1MPaにおいて，従来の高周波やマイクロ波を使用する方法に比べて安定した放電を起こすことができた．
放電時の分光測定とデジタルカメラ撮影を行った．分光測定において，従来の高周波等の分光結果に比べて，HαやOH等の輝線スペクトルは弱まる一方，270-280nm辺りと，430-440nm辺りの２つのピークをもつ強い連続スペクトルが観測された．輝線スペクトルが弱まった理由の一つとして，電子密度の増加によるシュタルク広がりの増加が挙げられる．これは圧力を大気圧から徐々に増加したときの分光の傾向から判断できる．一方，連続スペクトルであるが長波長側のピークは水分子の励起によるものと推測されるが，短波長側のピークが起きる理由ははっきりとわからない．今後，この理由を突き止める必要がある．
次に，デジタルカメラを用いて放電発光領域の投影面積を調査した結果，加圧にともない発光領域が増加し，従来の高周波等の発光とは逆の傾向となった．これまでの高周波プラズマは気泡内にプラズマが発生するため，加圧による気泡縮小にともなってプラズマ領域を小さくなったが，今回の結果から，単純な気泡内で放電が起きるというイメージとは異なる現象であることが明らかとなった．ただし，この放電はストリーマ形式であることが予測されるため，露光時に複数回発生したストリーマが重なっていた可能性も考えられる．今後，高速度カメラ等を用いたより詳細な解析が必要である．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
昨年度実施計画の第一段階として上げていた高圧水中高周波プラズマ発生であるが，電源の故障により行うことができなかった．しかし，高周波プラズマ方式はこれまですでに実施されており，申請する研究全体の目標に対して大きな影響はないと考える．一方，新たに高電圧パルス放電方式を採用し，安定した放電を発生させることができた．さらに，発光スペクトルに新たな知見が得られ，今後取り組むべき課題もみつかった．
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| 今後の研究の推進方策 |
計画では，高速度カメラを用いたHαとHβの発光分布測定を行う予定であったが，連続スペクトルと比較すると予想以上にこれらの輝線スペクトルの発光強度は弱いため，測定は困難である．一方，連続スペクトルは発光強度が顕著となるため，こちらの分布測定に変更する．また，同時に連続スペクトルの発光メカニズムについても調査を行いたい．
純水を使った実験では，安全性には十分配慮しながら，さらに高圧下での放電発生を行う予定である．また，純水だけでなく海水を使った実験を行う予定である．さらに，電極形状もこれまでの対向電極式ではなく，海底資源探査実現へ向けて，より現実的な電極配置とする．例えば，電極を斜めから対向させる方法などが考えられる．
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