2015 Fiscal Year Research-status Report
マイクロ波励起マイクロプラズマ散逸ソリトンの高密度化とその応用
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26390094
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
向川 政治 岩手大学, 工学部, 准教授 (60333754)
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2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | マイクロプラズマ / 自己組織化 / 散逸ソリトン / プラズマフォトニック結晶 / マイクロ波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、マイクロギャップ放電をマイクロ波によって励起し、これ用いて空間対称性を有し局在性の高い自己組織構造である散逸ソリトンを生成し、この持続時間を長くすることやプラズマ密度を高めることを目的としている。また、この自己組織構造をプラズマフォトニック結晶とみなし、プラズマ屈折率の周期構造をマイクロプラズマの自己組織化で実現し、電磁波制御の効果を検証する。
平成２７年度では、平成２６年度の研究と並行して、マイクロギャップDBDの高周波数駆動、分子量の大きい気体分子の導入による放電の空間構造パターンの変化、電圧変化時の放電の六角構造パターンの履歴現象に関する計算機シミュレーション、およびマイクロ波を放電の散逸ソリトン構造へ導入したときのSパラメータ測定を行った。
マイクロギャップDBDの高周波駆動については、バリアの加熱冷却による放電の空間構造、特に明暗二層構造におけるモード遷移を観測した。誘電体温度と明・暗領域面積の比に相関があること、両領域における放電電流密度は温度によらず一定値を示し、この遷移は高周波放電のα-γ遷移と考えられる。分子量の大きい気体分子の導入による放電の空間構造パターンの変化については、ヘリウムより分子量の大きい気体分子を混合することで横方向拡散を連続的に変化させ、自己組織構造の空間スケールや放電様相の遷移を調べた。高流速時に現れるストライプ構造の線幅と間隔は、分子量の大きい気体分子の増加により微細化する。放電の履歴現象の数値計算では、自己組織構造が印加電圧の増減による状態の不可逆性を調査し、放電の空間パターンの変化にはによる履歴があることがわかった。放電の自己組織構造の電磁波透過特性を得るため、Sパラメータを測定した。現時点では、放電の有無によるSパラメータの変化は観測できていない。これは放電生成用電極による電磁波のシールドによるものであると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究では、マイクロギャップ放電をマイクロ波によって励起し、これ用いて空間対称性を有し局在性の高い自己組織構造である散逸ソリトンを生成し、この持続時間を長くすることやプラズマ密度を高めることを目的としている。また、この自己組織構造をプラズマフォトニック結晶とみなし、プラズマ屈折率の周期構造をマイクロプラズマの自己組織化で実現し、電磁波制御の効果を検証する。科研費申請時の当初計画では、平成２７年度に自己組織構造をマイクロ波で励起するシステムの立ち上げを終わらせる予定であったが、マイクロ波電源の不調によりこれが遅れている。また、電磁波の自己組織構造への導入には、現時点ではホーンアンテナを用いた方法を採用しているが、電磁波を放電セル内へ選択的に導入するようにはできていないので、効果が検出しにくく、放電領域への電磁波導入の対策・検討が必要となっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２８年度は、平成２７年度の研究と並行して、電磁波の課題を継続する。放電の生成方式として、高周波13.56MHzやマイクロ波2.45GHzを用い、透過電磁波として放電生成のよりも高い周波数帯とする。放電空間への電磁波透過を有効にするため、マイクロストリップラインを用いる方法の検討を行う。
また、理論的研究・解析については、当初計画ではさらに高度なモデルである三成分拡散反応系の基礎方程式を用いた計算を計画していたが、現行の反応拡散方程式の路線では実験との定量的な比較が困難である現状や、学会等での研究交流を通じての情報より、プラズマ流体モデルでの計算を行い、実験との定性的な一致だけでなく、定量性を持たせることが重要との認識に至った。現在は計算システムを流体モデルへ移行する作業を進めているが、これに加えて、電流電圧特性に基づくより進んだ分岐解析方法がポルトガルの研究者によって行われておりこの手法を参考に、より現実的なモデルや計算方法を導入することを検討する。
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[Presentation] Large-area Dielectric Barrier Discharge at Atmospheric Pressure2015
Author(s)
Takashi Shibata, Takumi Araya, Keisuke Azuma, Hiroki Kikuchi, Seiji Mukaigawa, Koichi Takaki
Organizer
Joint Symposium of the 9th Asia-Pacific International Symposium on the Basics and Applications of Plasma Technology (APSPT-9) and the 28th Symposium on Plasma Science for Materials (SPSM-28)
Place of Presentation
Nagasaki University（長崎県）
Year and Date
2015-12-12
Int'l Joint Research
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