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プラズマ化学2 ～ 分子スペクトル解析N2, O2, NO, CO, H2, OH, etc. 分子性プラズマの発光分光計測～熱構造・反応性ラジカル密度計測分子性プラズマの材料応用

• ガスの温度や窒素原子密度が重要例：窒素プラズマ

0

5

10

15

20

25

300 400 500 600 700 800 900Wavelength [nm]

Intensity [arb. units]

1PS Dv = 3

Inte

nsity

(Arb

. Uni

ts)

1PS Dv= 21PS Dv

= 4

1PS Dv= 5

2PS

1NS

N I 原子線紫 青 緑 黄 橙 赤

J’

10

10

J’’2

2

PP Q Q QRR

C3Pu

B3Pg

実験に非常によく一致スペクトル形状がガス温度の変化に敏感→ プラズマガス温度の簡便なモニタ

-1 : P branch0 : Q branch+1: R branch

D J = J’ – J” =

602 371 81 7043

1 3.7 32

T. Sakamoto, H. Matsuura, and H. Akatsuka, JJAP 45 (2006) 7905 S. Nunomura, M. Kondo, and H.

Akatsuka, Plasma Sources Sci. Technol., 15 (2006) 783.

N2 2PSスペクトルの理論計算～N2分子の振動・回転分布量子力学的選択規則

������

N2 1PSスペクトルの理論計算• 回転準位遷移の選択規則ΔJ = 0, ±1を満たすものは27個

• 我々は従来取り入れられなかった破線の遷移も含めた

• 対称／反対称の選択規則• s↔s, a↔a

• 窒素原子の存在割合＝解離度＝が簡単な方法で測れるようになった！

• 材料研究で注目される

730 740 750 7600

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Wavelength [nm]

��N���� Inte

nsity

[arb

. uni

t]

Lines — ExperimentRed dots — Calculation

730 740 750 760

0

0.1

0.2

0.3

Wavelength [nm]

Inte

nsity

[arb

. uni

t]

����N���� Lines of N-Atom

(実験値) ‒ (窒素分子発光計算値) = 窒素原子光

Y. Ichikawa, T. Sakamoto, A. Nezu, H. Matsuura and H. Akatsuka; Jpn. J. Appl. Phys., 49, 106101 (16 pages) (2010).

N2分子に隠れたN原子の光を取り出す

•本研究の応用実績例• 電子工学

• 太陽光発電素子製作プロセス計測

• 表面改質プロセスのモニタ

• 自動車工学～エンジン燃焼プラズマ計測

• 環境化学、上層大気、惑星大気化学、…

実測値 従来の拙い計算

←我々の理論計算結果

N2 1PSスペクトルの理論計算結果

. 6.713.489 8154

. .4 80 43

完全に実測データを理論で求められます！

T. Sakamoto, H. Matsuura and H. Akatsuka; J. Appl. Phys., 101, [2], 023307 (2007).

T. Sakamoto, H. Matsuura, H. Akatsuka. J. Appl. Phys., 101, 023307 (2007).