Application of External Electric Fields to Clarify the Dynamics of gas flow in Atmospheric Pressure Plasma Jet

应用外部电场阐明大气压等离子射流中气体流动的动力学

• 批准号: 22K14185
• 负责人: 山田 大将
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Nagano National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14185/
• 关键词: 大気圧プラズマジェット; シュリーレン光学系; 外部電場印加

本研究は，様々な分野で使用されている大気圧プラズマジェット(APPJ)とガス流の密接な関係に着目し，ダイナミクス理解を進めることによりAPPJ制御や活性種の効率的輸送を目指す．希ガス等の作動ガス流への高電圧印加により生成されるAPPJが作り出す各種応用で重要な活性種はガス流により処理対象へと輸送される．また，プラズマ中の荷電粒子は，電場加速によりガス流を構成する中性粒子へと衝突し，ガス流へと作用する．この作用は，ガス流の乱流化等を誘起し，プラズマの大きさにも影響を与える．この様にAPPJとガス流は相互に関わっているが，そのダイナミクスの理解は十分ではない．そこで，APPJに外部電場を印加し荷電粒子の動きを分かりやすくした状態で，シュリーレン観察や高速度カメラ撮影，分光法等のプラズマ計測を駆使して，「何が・どのように」ガス流へ影響を与えているかを特定することが本研究の目的である．2022年度の研究では，シュリーレン計測を行いながら発光分光計測及び質量分析計測を行うことができる実験系を開発し，その実験を行った．この実験では，同一の外部電場印加条件下であっても異なるガス流挙動を示すことが過去の研究で分かっている３つの条件で生成したプラズマを用いた．具体的には，①両極性の正弦波，②正極性の正弦波，③負極性の正弦波の電圧を電極に印加してプラズマを生成した．その結果，条件により発光分光計測結果は大きく変化することが明らかとなった．特に，酸素原子等の酸素系活性種と窒素イオン分子等の窒素系活性種では，条件による発光強度の変化が異なる挙動を示していた．この変化は当初予定していた傾向とは異なっており，前述の①と②はガス流屈曲方向が同一であるため，発光も同様の傾向を示すことを予想していたが，発光分光計測では①と③の条件が同一の傾向を示した．この結果についてはより詳細に今後評価を行う予定である．

这项研究的重点是在各个领域使用的大气等离子体射流（APPJ）之间的紧密关系，旨在通过促进动态理解来有效地运输活性物种。由高压电源产生的APPJ创建的各种应用的重要活性物种（例如稀有气体）通过气体运输到处理的目标。此外，血浆中的带电颗粒与中性颗粒相撞，这些颗粒通过加速电场而构成气体流动，并作用于气体样式。该动作诱导气体式湍流等，还会影响等离子体的大小。这样，APPJ和气体样式是相互关联的，但是对动态的理解还不够。因此，将外部电场应用于APPJ，带电颗粒的运动易于理解，刺激性观察，高速相机射击，光谱法的等离子体测量等样式。在2022年的研究中，我们开发了一个实验系统，该系统允许进行光谱光谱和质谱测量，同时进行Shuri Len测量并进行了实验。在这项实验中，在过去的研究中发现的三个条件下产生的血浆在同一外部电场下显示出不同的气体风格行为。具体而言，血浆是通过将（1）极正弦波（（2）正弦波和（3）负极极性杆的正弦波电压施加到电极上的（3）对电极的正弦波的产生的等离子体。结果，很明显，发射光计的测量显着取决于条件。特别是，在基于氧的活性物种（例如氧原子和基于氮的活性物种，例如氮离子分子）中，由于条件而引起的光发射强度的变化显示出不同的行为。这种变化与最初计划的趋势不同，由于上述（1）和（（2）（2）（2）（2）（2）（2）（2）在气体闪烁中相同，因此预计发光会显示出相同的趋势，因此但是在发光光谱仪测量中。结果将来将在未来进行更详细的评估。

项目成果

外部電場印加時における大気圧プラズマジェットのガス流計測

施加外部电场时大气压等离子体射流的气体流量测量

• 发表时间: 2023
• 作者: 山田大将