衝撃電解重畳法によるフロン分解の大体積化および選択的分解反応促進に関する基礎研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10750201
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 菅原 広剛 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90241356)
• Keywords: フロン分解 / 非平衡プラズマ / 衝撃電界 / 電子衝突断面積 / プロパゲータ法 / 電子エネルギー分布 / エネルギー効率 / 選択性

Research Abstract

RF(13.56MHz)非平衡放電プラズマに衝撃電界を重畳することによりプラズマ中の電子を短時間のうちに揃って加速し、単一エネルギー的な電子群を生成してフロン12の分解反応の選択性、効率の向上とバルク領域での大体積分解反応の促進を図る技法を流体コードを用いて計算機解析した。
衝撃電界を印加するとプラズマシースの厚さが変化してこれを吸収してしまうため、衝撃電界がバルク領域に到達する時間は限られるが、誘電緩和時間の見積りや数値解析の結果、数ns程度の間は衝撃電界を維持でき、電子エネルギーをフロン12解離のしきい値(中性解離7.2eV、解離性電離12.2eV以上)まで高めることができた。フロン12は高エネルギー領域で中性解離・解離性電離、低エネルギー領域で解離性付着の衝突断面面積を持ち、これらは共に分解反応に寄与する。しかし低エネルギー領域での電子付着が大きいと放電維持が困難になることから、解離性電離を選択的に促進し分解処理と放電維持を同時に図るのが効果的である。
バルク領域へ到達する衝撃電界の大きさは衝撃電界の立ち上がり時間に対して敏感に変化し、衝撃電界の立ち上がりが急峻な程バルクに到達する電界も大きいことが確認された。強度500V/cm、印加時間5nsの衝撃電界について立ち上がり時間を2nsから0.25nsに縮めると、分解処理量は35%程度増加した。この程度の立ち上がり時間は数kV規模の高電圧パルス発生装置で実現しているが、実際の回路では容量と抵抗を小さくしてプラズマ中に大きな変位電流が流れるようにする必要がある。衝撃電界を逆極性で印加しても同程度の電子加速効果が得られたことから考えると、衝撃電界印加は任意の方向で構わないものと思われる。したがって衝撃電界印加のための電極をRF放電駆動用電極とは別に設けて回路定数設定の自由度を高めることも可能と考えられる。

Research Products

• [Publications] H.Sugawara: "Control of selectivity in electron-molecule reactions by impulse field electron acceleration"International Symposium on Electron-Molecule Collisions and Swarms. E3-H17 (1999)
• [Publications] H.Sugawara: "A concept of selective promotion of electron-molecule reactions by impulse field electron acceleration"52nd Annual Gaseous Electronics Conference (American Physical Society). ETP3.39 (1999)
• [Publications] 下田託郎: "RFプラズマへの衝撃電界重畳の効果"平成11年電気学会放電研究会. ED-99-56 (1999)
• [Publications] 下田託郎: "衝撃電界重畳法によるCC1_2F_2分解反応の制御"平成11年度電気関係学会北海道支部連合大会. 163 (1999)