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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).