緒言
半導体産業で主に排出されるパーフルオロガーボン(PFC)ガスは，温室効果ガスであり，その温暖化係数はCO2の数千〜数万倍である。PFC排出削減対策の一つとして，ガスバーナーを使用した燃焼法が検討されているが、温度が不十分であり高分解率の達成が困難であるという点，またCO2, NOx, SOxが大量発生するという点が問題となっている。一方，10000℃を有する熱プラズマを利用することで，副生成物の発生を抑え、高分解率，高効率なプロセスの実現が期待されている。
本研究では、熱プラズマの発生方法の一つであるロングDCアークに着目した。これは，従来のDCアークと比較して，一桁以上長い電極間距離(数百mm程度)を有する新規な熱プラズマ発生手法である。そのため、通常の熱プラズマと比較して被分解物質の滞留時間が長く，高い分解効率，エネルギー効率の達成が期待される。しかし、ロングDCアークは新規なプラズマ発生手法であるため，その放電特性は充分理解されていない。そこで，ロングDCアークの放電特性の解明を本研究の目的とした。

実験方法
ロングDCアーク発生装置は、400 mmという長い電極間距離を有している。放電開始電圧が非常に高いため，まずステンレスワイヤーと陽極間でアークを発生させる。その後ワイヤーを陰極側まで引き上げることで，陰極‐陽極間での放電に移行することで安定なアークを発生させることができる。陰極にはCu、陽極にはCu-W合金を用いている。各種実験条件が及ぼすアーク変動への影響を評価するために，アーク電流を8~13 Aまで変化させ，プラズマガスであるN2ガス流量を30~50 L/minまで変化させた。さらに，ストレート管，および下流の一部の流路が狭くなった反応管を用いて，反応管構造が及ぼす影響を評価した。
高速度カメラとオシロスコープの同期計測を行うことで，アークの変動現象を調べた。またCu蒸気の線スペクトルに対応する512 nmのバンドパスフィルターを用いて高速度カメラ観察を行うことで，電極由来のCu蒸気の動的挙動の観察も試みた。高速度カメラ画像を二値化処理し，その時間変動を解析することでアーク発光面積の変動特性を評価した。さらに，計測で得られた電圧波形およびアーク発光面積をFFT（高速フーリエ変換）解析することで，アーク電圧および発光面積の変動周期を評価した。

結果・考察　
Cu蒸気が観測されたタイミングで，アーク電圧が瞬間的に低下している様子が確認できた。これは，陰極由来のCuがアーク中に混入することで，電気伝導度が上昇したためだと考えられる。アーク電流が増加することにより，Cuの蒸発頻度が増加したが，これは陰極近傍での電流密度が上昇し，電極近傍でのアークの温度が上昇したためだと考えられる。
アークおよびCu蒸気の発光面積の変動周期をFFT解析より確認したところ，5~10Hzであることが確認された。このような長い周期の変動は，ロングDCアーク中の被処理物質の滞留時間と同程度であるため，有機物分解などの処理効率に影響を及ぼす可能性がある。したがって，アーク変動の低減化および変動周期の短時間化を達成し，効率的な分解プロセスを構築することが今後の課題である。

結言
高速度カメラとオシロスコープの同期計測を行うことで，ロングDCアークの変動特性を評価した。さらに，高速度カメラとバンドパスフィルターを組合せることで，電極由来のCuの動的挙動を観察することに成功した。今後，ロングDCアークにおけるアーク変動を低減化し，その周期を短くすることで，より効率的なプロセスの構築が可能であることが示唆された。

業績は修士論文をご覧ください。