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初心者のためのプラズマ講座 第4回 プラズマと圧力

これまで解説してきたとおり、プラズマとは「分子・原子が分離してそれぞれが自由に動き回れる状態」なのですが、上記の条件を満たす環境はさまざまです。
今日はプラズマと圧力に関する勉強です。
 

 

プラズマと圧力

プラズマを発生させる条件として、
・低圧プラズマ
・大気圧プラズマ
のふたつに大別できます。
それぞれの特徴を大まかに説明しましょう。プラズマを発生させる空間をチャンバー容器(密閉された空間)とし、それぞれのチャンバー内部には任意のガスを 導入できるものとします。
 

 

低圧状態でのプラズマ発生

チャンバー(容器) 内部を真空ポンプで排気し、減圧状態にします。その状態で電極部に電圧を印加すると、電極間でプラズマが発生します。低圧プラズマの長所と短所について
【長所】
・印加する電力は小さくてすむ
・電極間の距離がある程度離れていても放電する
・さまざまなガス種でプラズマが発生できる
【短所】
・真空ポンプでガスを抜かなければならない
・チャンバーが真空に耐え得る強度でなければならない(大型化が困難)
・低圧にすればするほどプラズマは発生しやすいが、 同時にイオン密度も低くなる
 

 

大気圧状態でのプラズマ発生

チャンバー容器内部のガスは大気圧のままの状態で電極部に電圧を印加します。 このままの状態では容器内部の原子・分子密度が高すぎるためそれらが障害物になり電子が電極間を自由に行き来できず、プラズマは発生しません。
大気圧下でプラズマを発生させる方法としては図Aのように電極間を短くする。もしくは図Bのように印加する電力を大きくする。などの方法でプラズマ発生に必要な環境を作ります。大気圧プラズマの長所と短所について
【長所】
・真空ポンプが必要ないので、低圧プラズマと比較して安価、簡素
・チャンバーは真空に対応した強度のものでなくてよい
・条件を揃えればチャンバー内部でなくても プラズマを発生させることができる(プラズマジェットなど)
・低圧プラズマよりイオン密度が高い
【短所】
・印加する電力はある程度大きくないといけない
・電極間の距離があまり遠いとプラズマは発生しない
・プラズマを発生させられるガス種が限られてしまう。
 

 

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