大澤直樹 研究室

電極間に誘電体(ガラスやプラスチックなど)を少なくとも一枚挿入した状態で電極に交流高電圧を印加すると、電極の間にはフィラメント状（筋状）のストリーマ放電が多数にランダムに発生します。この放電は、誘電体バリア放電と呼ばれ、プラスチック材料の表面処理やオゾンの生成などに利用されています。大澤研究室では、2009年、誘電体材料を工夫することにより、大気圧空気中や酸素中でもストリーマ放電が1本も発生しない誘電体バリア放電を発生させることに成功しました[1]。このテーマでは、高速度カメラや非接触の表面電位計を用いて、放電の発光様相や、誘電体表面に蓄積される荷電粒子の様子を調べ、均一な誘電体バリア放電の発生メカニズムの解明に挑戦しています。

文献
[1] Naoki Osawa, Yoshio Yoshioka; "Generation of low-frequency homogeneous dielectric barrier discharge at atmospheric pressure", IEEE Trans. Plasma Sci., Vol. 40, No. 1, pp. 2-8 (2011)
[2] 渡部佳月，大澤直樹：「電圧印加サイクル数と大気圧空気中における均一バリア放電現象の関係」，静電気学会論文誌，Vol.47，No.2，pp.70-75 (2023)

3つの酸素原子から構成されるオゾンは強力な酸化力を持っています。自然に分解して酸素に戻るという性質があります。殺菌、消臭、有機物分解などが可能であることから、上水道、工場排水処理、プールなどで利用されています。オゾンの生成には様々な方法がありますが、大容量のオゾン発生器では、誘電体バリア放電を用いる方法が一般的です。大澤研究室では、電流電圧波形観測装置、放電発光観察装置、ガス分析装置などを用いて、オゾン発生器内で発生する様々な放電現象を調べ、少ない電力で大量のオゾンを発生する方法を明らかにしています。

文献
Naoki Osawa, Takafumi Tsuji, Ryota Ogiso, and Yoshio Yoshioka, "Effect of nitrogen addition to ozone generation characteristics by diffuse and filamentary dielectric barrier discharges at atmospheric pressure", Eur. Phys. J. Appl. Phys., 78, 20804 (2017)

水中で放電を発生させると、オゾンよりも強い酸化力を持つヒドロキシラジカル（OHラジカル）を生成することができます。OHラジカルは、ダイオキシンといった難分解性有機化合物を分解する能力があります。このテーマでは、電流電圧波形観測装置、放電発光観察装置、高速度カメラなどを用いて、パルス放電を効率よく発生させる方法や、水中有機物の分解メカニズムの解明に挑戦しています[1]。最近は、本学応用化学科の研究室と一緒に、水中微生物の殺菌にも挑戦しています[2]。

文献
[1] S. Yamaguchi, T. Oyama, R. Nakano, N. Osawa, Y. Yoshioka, "Decomposition of indigo carmine solution by ozone bubble pulsed discharge: Effect of the number of electrode pairs and injected ozone gas concentration", International Journal of Plasma Environmental Science and Technology (IJPEST), Vol.14, No.1, e01010, 11pages (2020)
[2] D. Ueda, R. Miyata, R. Tsubota, N. Osawa, I. Tanida, S. Osawa, K. Nakata, "Sterilization of Underwater Bacteria by Ozone Bubble Pulsed Discharge", IEEE Transactions on Plasma Science, Vol.51, No.2, pp.333-341 (2023)

発電所で作った大電力を需要地まで効率よく輸送するために、高い電圧が利用されます。変電所や発電所にある電力流通機器を小さく製造するためには、地球環境に優しい高電圧絶縁技術が必要です。このテーマでは、多段式インパルス電圧発生装置、交流高電圧発生装置、電圧電流波形観察装置、放電発光観察装置などを利用して、地球環境に優しい高電圧絶縁技術を開発しています。

文献
[1] 大澤直樹，増井秀好，青島司幸，今井隆太，森林巧，吉岡芳夫，柳瀬博雅，岡本健次：「固体絶縁物接続部の界面における絶縁破壊特性－樹脂の種類と面圧の影響－」，電気学会論文誌A，Vol.139，No.3，pp.147-153 (2019)
[2] K. Okamoto, N. Hayakawa, M. Hikita, H. Okubo, K. Kato, N. Osawa, K. Watanabe, K. Adachi, "Distinctive Downsizing of Cone-Type Insulating Spacer for 245 kV Class GIS by Functional Insulating Materials", CIGRE Science & Engineering, No.24 (2022)

実験室には、放電・プラズマの研究に欠かせない高電圧電源、高速度カメラ、各種分析器があり、自由に利用することができます。

【電源】
　◇高電圧発生用変圧器: 13kV, 15kV, 30kV, 50kV
　◇パルスパワー電源: 30kV（立ち上がり時間：約50ns）
　◇高速高圧アンプリファイア: 10kV/40mA, 20kV/20mA
　◇多段式インパルス電圧発生装置: 1000kV（共用設備）
【分析器&測定器】
　◇フーリエ変換赤外分光光度計（1回反射ATR, 長光路ガスセル(1m, 3m)）
　◇マルチチャンネル分光器
　◇高速度カメラ
　◇オゾン濃度計（ガス用，水用）
　◇蛍光式光ファイバー温度計
　◇オシロスコープ，信号発生器，データロガーなど