ナノ秒極性反転パルス放電の物理と環境保全技術への応用

摘要

1．はじめに 　近年における環境への問題意識の高まりに伴い，放電を利用した新たな環境保全機器の開発とその実用化が盛んである。このような状況のもと，幅の短い高電圧パルスを繰り返し印加することにより得られる非平衡プラズマを利用した技術が注目されている。例えば，ディーゼル排ガス中窒素酸化物（NO。）の分解（1）～（5），あるいは塗装工程において大気に排出される揮発性有機化合物（volatileorganic compound，以下VOC）の分解（6），水中の有機化合物の分解（7）～（14），さらには水中微生物の死滅などを目的としたパルス放電応用など（15）～（20），既にたくさんの報告例がある。これらの研究のほとんどの場合において，非平衡プラズマを形成するために矩形波状の単極性パルスを繰り返し印加する手法がとられている。これに対し，外部電界の向きが急激に反転した時の極性反転パルス放電を利用した例は少ない。筆者らは，電極間に直流バイアスが加わった状態のもとで，10￣7秒以下の短期間だけ極性が反転したときの放電現象の物理について研究するとともに，この手法の排ガス処理や排水処理技術への適用を目指している。%This paper summarizes physical properties of pulsed streamer discharges caused by very fast polarity-reversals of an applied voltage and remarkable results of discharge treatments using the polarity-reversed voltage pulses in pollution control for exhausted gases and wasted water. The very fast polarity-reversal just after a dc voltage application is produced by direct-grounding of a charged coaxial cable because a traveling wave voltage reciprocates along the cable with a change in its polarity due to impedance mismatching between the grounding end and the coaxial cable. The inception voltage of streamer discharges in an air gap with a glass barrier subjected to the polarity-reversed pulse is much lower than that subjected to a mono-polar single pulse without the dc bias because charges accumulation on the glass surface under the dc field causes field enhancement in the air gap just after the polarity reversal. Due to the space charge effect in the discharge treatment with the polarity-reversed pulses, energy efficiency for removal of pollutants in gases, such as nitrogen oxides and volatile organic compounds produced in various manufacturing processes, can be high as compared with a classical barrier discharge treatment. Experimental results on decomposition of organic compounds in water and on inactivation of microorganisms in water are also reviewed.