JP2007059317A - プラズマ発生装置、及びプラズマ発生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高温の反応場を生成して処理効率を高めることができるプラズマ発生装置を提供すること。
【解決手段】 プラズマ発生装置１１は、液体を導入可能な容器１２と、超音波発生装置１３と、マイクロ波発生装置１４と、中性子照射装置１６とを備える。超音波発生装置１３は、容器１２内の液体中に超音波を照射してキャビテーションを多発的に生じさせる。マイクロ波発生装置１４は、液体におけるキャビテーション発生領域にマイクロ波を照射して放電プラズマを発生させる。中性子照射装置１６は、液体における放電プラズマ発生領域に中性子を照射する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体中に超音波を照射してキャビテーションを発生させ、そのキャビテーションにプラズマを発生させるプラズマ発生装置、及びプラズマ発生方法に関するものである。

所定周波数域の強力な超音波を液体に照射すると、キャビテーションと呼ばれる気泡が発生し、その圧縮、崩壊過程を経てホットスポットと呼ばれる数千度、数千気圧の反応場が局所的に形成されることが知られている。近年ではこの反応場は一種の極限反応場として注目を浴びており、この極限反応場を利用して液体の処理（例えば、化学反応の誘起・促進、物質の分散、殺菌、乳化等の処理）を行う超音波処理装置の開発が進められている。

この種の超音波処理装置としては、シングルバブルソノルミネッセンス（ＳＢＳＬ）を利用した装置とマルチバブルソノルミネッセンス（ＭＢＳＬ）を利用した装置とが知られている。ＳＢＳＬの装置は、１つのバブル（単気泡）を発生させるものであり、全体のエネルギー量は小さくなるが気泡内にて１００００Ｋ〜１０００００Ｋといった高温のエネルギー状態を作り出すことができる。これに対して、ＭＢＳＬの装置は、複数のバブル（多気泡）を発生させるものであり、全体のエネルギー量は大きくなるが、気泡内の温度はやや低温の５０００Ｋ程度となる。

また、キャビテーションの発生領域にマイクロ波を重畳させることでプラズマ（ソノプラズマ）を発生させるプラズマ発生装置が提案されている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。この装置を用いれば、プラズマを発生させることで反応場の温度を高めることができ、液体中の反応が促進される。
特開２００３−２９７５９８号公報 野村 信福、豊田 洋通、「第４回愛媛大学全学シンポジウム予稿集」、愛媛大学全学シンポジウム実施準備委員会、平成１３年１１月１２日、ｐ．５６

ところで、ＳＢＳＬの装置は、発生するエネルギー量が小さくなるため、実用化には適さない。これに対して、ＭＢＳＬの装置は、全体のエネルギー量が大きくなるため、実用化に適している。しかしながら、ＭＢＳＬの装置では、ＳＢＳＬの装置のような高温の反応場を作り出すことができないといった問題がある。例えば、ＳＢＳＬの装置においては、音響核融合（ソノフュージョン）が起きたといった報告例があるが、ＭＢＳＬの装置ではその報告例はない。因みに、本願発明者らもキャビテーションにマイクロ波を重畳して液体中にプラズマを発生させるプラズマ発生装置を試作し、この装置を用いて実験を行ってみたが、音響核融合を誘起させるには至らなかった。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高温の反応場を生成して処理効率を高めることができるプラズマ発生装置、及びプラズマ発生方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、液体を導入可能な容器と、前記容器内の液体中に超音波を照射してキャビテーションを多発的に生じさせる超音波照射手段と、前記液体におけるキャビテーション発生領域に電磁波を照射して放電プラズマを発生させる電磁波照射手段と、前記液体における放電プラズマ発生領域に中性子を照射する中性子照射手段とを備えたことを特徴とするプラズマ発生装置をその要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、超音波照射手段により容器内の液体中に超音波が照射されると、その液体中にキャビテーションが多発的に生じる。すなわち、本発明のプラズマ発生装置は、マルチバブルソノルミネッセンス（ＭＢＳＬ）を利用した装置であり、実用化するのに十分なエネルギー量を得ることができる。また、電磁波照射手段により、複数のキャビテーションの発生領域に対して電磁波が照射されると、放電プラズマが発生してその領域（放電プラズマ発生領域）の温度が高められる。さらに、中性子照射手段により、放電プラズマ発生領域に中性子が照射されることで、その中性子が作用してプラズマ発生領域の温度をより高めることができる。従って、そのプラズマ発生領域を反応場として利用すれば、化学反応の誘起・促進、有害物質の分解、殺菌などの各種の処理を効率よく行うことができる。具体的には、このプラズマ発生装置において、例えば、重水素や三重水素を含む液体を用いる場合、中性子の照射によって音響核融合（ソノフュージョン）を起こさせることも可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記超音波照射手段を前記容器の上面または底面に配置し、前記電磁波照射手段を前記超音波照射手段に対向した状態で前記容器の底面または上面に配置し、前記容器の側面に前記容器よりも中性子を透過させやすい中性子透過部を設け、その中性子透過部に臨むようにして前記中性子照射手段を配置したことをその要旨とする。

請求項２に記載の発明によれば、超音波照射手段と電磁波照射手段とが対向して配置されるので、超音波の照射によって発生したキャビテーション発生領域に対して電磁波を確実に照射でき、反応場を形成するのに十分な量の放電プラズマを発生させることができる。また、容器の側面に設けられた中性子透過部に臨むようにして中性子照射手段が配置されるので、容器の上面及び底面に配置される超音波照射手段や電磁波照射手段が邪魔になることなく、中性子透過部を透過した中性子を放電プラズマ発生領域に対して確実に照射することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、前記液体中の中性子を測定する中性子測定器をさらに備えたことをその要旨とする。

請求項３に記載の発明によれば、中性子測定器により液体中の中性子が計数されるので、その結果に基づいて放電プラズマの発生領域で音響核融合（ソノフュージョン）が起きているか否かを判断することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項において、前記液体中に希ガスをバブリングするためのバブリング手段と、前記液体から熱を取り出すための熱交換器とをさらに備えたことをその要旨とする。

請求項４に記載の発明によれば、液体中においてバブリング手段により希ガスがバブリングされるので、キャビテーションが多発的にかつ効率よく生じるようになり、放電プラズマ発生領域を拡大しやすくなる。また、熱交換器により液体が冷却されるので、キャビテーションが安定的に発生する。その結果、放電プラズマ発生領域の温度をより高めることができ、化学反応の誘起・促進、有害物質の分解、殺菌などの各種の処理を効率よく行うことができる。さらに、化学反応により発生した熱を熱交換器で回収することができる。

請求項５に記載の発明は、液体を導入可能な容器と、前記容器内の液体中に超音波を照射してキャビテーションを多発的に生じさせる超音波照射手段と、複数の放電電極に電位を印加して放電させることにより前記液体におけるキャビテーション発生領域に放電プラズマを発生させる電位印加手段と、前記液体における放電プラズマ発生領域に中性子を照射する中性子照射手段とを備えたことを特徴とするプラズマ発生装置をその要旨とする。

請求項５に記載の発明によれば、超音波照射手段により容器内の液体中に超音波が照射されると、その液体中にキャビテーションが多発的に生じるため、実用化するのに十分なエネルギー量を得ることができる。また、電位印加手段により複数の放電電極に電位を印加して放電させることでキャビテーション発生領域に放電プラズマが発生してその領域（放電プラズマ発生領域）の温度が高められる。さらに、中性子照射手段により、放電プラズマ発生領域に中性子が照射されることで、その中性子が作用してプラズマ発生領域の温度をより高めることができる。従って、そのプラズマ発生領域を反応場として利用すれば、化学反応の誘起・促進、有害物質の分解、殺菌などの各種の処理を効率よく行うことができる。また、このプラズマ発生装置において、例えば重水素や三重水素を含む液体を用いる場合、中性子の照射によって音響核融合（ソノフュージョン）を起こさせることも可能となる。

請求項６に記載の発明は、液体を導入可能な容器と、前記容器内の液体中に超音波を照射してキャビテーションを多発的に生じさせる超音波照射手段と、前記液体におけるキャビテーション発生領域に中性子を照射して放電プラズマを発生させる中性子照射手段とを備えたことを特徴とするプラズマ発生装置をその要旨とする。

請求項６に記載の発明によれば、超音波照射手段により容器内の液体中に超音波が照射されると、その液体中にキャビテーションが多発的に生じるため、実用化するのに十分なエネルギー量を得ることができる。また、中性子照射手段により中性子が照射されることによりキャビテーション発生領域に放電プラズマが発生して、その領域の温度が高められる。従って、そのプラズマ発生領域を反応場として利用すれば、化学反応の誘起・促進、有害物質の分解、殺菌などの各種の処理を効率よく行うことができる。また、このプラズマ発生装置において、例えば重水素や三重水素を含む液体を用いる場合、中性子の照射によって音響核融合（ソノフュージョン）を起こさせることも可能となる。

請求項７に記載の発明は、液体中に超音波を照射してキャビテーションを多発的に生じさせ、前記液体におけるキャビテーション発生領域に、電磁波の照射または複数の放電電極への電位印加による放電によって放電プラズマを発生させる方法において、前記液体における放電プラズマ発生領域に中性子を照射することを特徴とするプラズマ発生方法をその要旨とする。

請求項７に記載の発明によれば、液体中に超音波が照射されると、その液体中にキャビテーションが多発的に生じるため、実用化するのに十分なエネルギー量を得ることができる。また、複数のキャビテーションの発生領域に対して、電磁波の照射または複数の放電電極への電位印加による放電がなされると、放電プラズマが発生してその領域（放電プラズマ発生領域）の温度が高められる。さらに、放電プラズマ発生領域に中性子が照射されることで、その中性子が作用してプラズマ発生領域の温度をより高めることができる。従って、そのプラズマ発生領域を反応場として利用すれば、化学反応の誘起・促進、有害物質の分解、殺菌などの各種の処理を効率よく行うことができる。またここで、例えば重水素や三重水素を含む液体を用いる場合、中性子の照射によって音響核融合（ソノフュージョン）を起こさせることも可能となる。

請求項８に記載の発明は、液体中に超音波を照射してキャビテーションを多発的に生じさせ、前記液体におけるキャビテーション発生領域に中性子を照射して放電プラズマを発生させることを特徴とするプラズマ発生方法をその要旨とする。

請求項８に記載の発明によれば、液体中に超音波が照射されると、その液体中にキャビテーションが多発的に生じるため、実用化するのに十分なエネルギー量を得ることができる。また、中性子が照射されることによりキャビテーションの発生領域に放電プラズマが発生して、その領域の温度が高められる。従って、そのプラズマ発生領域を反応場として利用すれば、化学反応の誘起・促進、有害物質の分解、殺菌などの各種の処理を効率よく行うことができる。またここで、例えば重水素や三重水素を含む液体を用いる場合、中性子の照射によって音響核融合（ソノフュージョン）を起こさせることも可能となる。

以上詳述したように、請求項１〜６に記載の発明によると、高温の反応場を生成して処理効率を高めることができるプラズマ発生装置を提供することができる。請求項７，８に記載の発明によると、高温の反応場を生成して処理効率を高めることができるプラズマ発生方法を提供することができる。

以下、本発明を音響核融合を起こさせるためのプラズマ発生装置に具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は本実施の形態のプラズマ発生装置１１を示す概略構成図であり、図２はそのプラズマ発生装置１１の要部断面図である。

図１に示されるように、プラズマ発生装置１１は、液体を導入可能な容器１２、超音波発生装置１３、マイクロ波発生装置１４、位置調整装置１５、中性子照射装置１６、中性子カウンタ１７、バブリング装置１８、熱交換器１９、及び制御装置２０を備える。

制御装置２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートなどからなる周知のマイクロコンピュータにより構成されている。この制御装置２０は、超音波発生装置１３、マイクロ波発生装置１４、位置調整装置１５、中性子照射装置１６、中性子カウンタ１７、バブリング装置１８、及び熱交換器１９と電気的に接続されており、各種処理を実行することでプラズマ発生装置１１全体を統括的に制御する。

本実施の形態において、容器１２は中性子を通過させにくいステンレスからなり、その容器１２内には、水素原子を重水素で置換したアセトンが入れられている。なお、容器１２内に入れる液体Ｗとしては、アセトン以外に、水素原子を重水素で置換したベンゼン、あるいは重水素を含む重水などを用いることもできる。水素原子を三重水素で置換したアセトンやベンゼン、あるいは三重水素を含む重水などを用いてもよい。

超音波照射手段としての超音波発生装置１３は、トランスデューサ２１とそのトランスデューサ２１を駆動するためのパルスを出力するパルス発生器２２とを備える。図２に示すように、トランスデューサ２１は、振動子２３及びホーン（共振体）２４とからなる。そして、トランスデューサ２１のホーン２４の外周面が固定部材２５を用いて容器１２の上面に固定されており、そのホーン２４の先端が液体Ｗの中に入れられている。

このトランスデューサ２１は、パルス発生器２２から出力されたパルスによって振動子２３が駆動されると、例えば２０ｋＨｚ、０〜１ｋＷの超音波をホーン２４の先端から液体Ｗ中に照射する。なお、本実施の形態では、超音波の照射に伴う摩耗を防止するために、ホーン２４先端にはセラミックからなる保護板２６が設けられている。

図１に示すように、電磁波照射手段としてのマイクロ波発生装置１４は、電磁波としてのマイクロ波を発生するマグネトロン（マイクロ波発生器）２８と、マグネトロン２８にて発生したマイクロ波を伝搬する導波管２９とを備え、位置調整装置１５上に載置されている。マイクロ波発生装置１４の導波管２９は、超音波発生装置１３のトランスデューサ２１に対向した状態で容器１２の底面に配置されている。

図２に示すように、導波管２９は、先端が容器１２内に突出するように配置された管本体３１と、管本体３１の先端の内部（中央孔３１ａ）に配置されたマイクロ波透過体（具体的には石英）３２とを有する。なお、マイクロ波透過体３２としては、石英の以外の誘電体材料（例えば、セラミックスからなる誘電体など）を用いてもよい。

管本体３１は、外形形状が略円形状となるよう形成されるとともに、中央孔３１ａは、管本体３１の長手方向に直交する方向に切った断面が略矩形状となるように形成されている。管本体３１の先端は、容器１２の底面中央に設けられた管本体挿通孔３３に挿入されている。そして、管本体３１の先端より若干基端側となる位置には、その外周面に当接した状態で管本体挿通孔３３との間の隙間をシールするＯリング３４が配置されている。管本体３１の外周面において前記Ｏリング３４がある位置には、リング状の固定部材３５が設けられている。この固定部材３５は、このＯリング３４を圧縮して縮径させるとともに、管本体３１を容器１２の底面に対して固定させている。なお、本実施の形態では、固定部材３５を取り外した状態で位置調整装置１５が駆動され、導波管２９の位置がその長手方向に沿って適宜調整される。その後、管本体３１を固定部材３５で再度固定することにより、容器１２の底面に対する管本体３１の突出量が変更可能になっている。

マイクロ波透過体３２は、管本体３１の長手方向に直交する方向に切った断面形状が略矩形状であり、その先端がくさび状に削られることで、管本体３１の長手方向（図２の上下方向）に対して傾斜した面（テーパ面）が形成されている。このように、マイクロ波透過体３２の先端にテーパ面を形成することで、液体Ｗに対するマイクロ波透過体３２のインピーダンスのマッチングがとられている。なお、マイクロ波透過体３２の基端側は、くさび状に突出するよう加工されており、導波管２９内の空気とのインピーダンスのマッチングがとられている。

本実施の形態のマイクロ波発生装置１４において、マグネトロン２８は、直流電流が供給されることで、例えば、２．４５ＧＨｚ、０〜１．８ｋＷのマイクロ波を発生する。そして、導波管２９は、そのマイクロ波を基本モードであるＴＥ_０１モードで伝搬させ、先端部のマイクロ波透過体３２を通して液体Ｗ中に直接照射する。

中性子照射手段としての中性子照射装置１６は、容器１２の側面に設けられた中性子透過部４０に臨むようにして配置されている。中性子照射装置１６は、図示しないイオン発生源で発生した荷電粒子のビームを電荷を持たない中性子のビームに変換した後、その中性子のビームを容器１２内部に向けて出力する。なお、中性子透過部４０は、容器１２を構成するステンレスよりも中性子を透過させやすい部材（例えば、ガラス板）などを用いて形成される。

図１に示すように、中性子カウンタ１７は、容器１２の近傍に設けられ、容器１２内でのソノフュージョン（音響核融合）により発生した中性子の量を検出する。なお、中性子カウンタ１７としては、従来公知の中性子測定器（例えば電離箱、比例計数管、Ｇ−Ｍ計数管等）が使用可能である。

バブリング手段としてのバブリング装置１８は、希ガスとしてのアルゴンガスが充填されるガスボンベ４１と、そのアルゴンガスを液体Ｗ中に供給するための供給パイプ４２と、供給パイプ４２の途中に設けられる開閉バルブ４３とを備える。このバブリング装置１８では、開閉バルブ４３が開状態に作動されることで、ガスボンベ４１のアルゴンガスが供給パイプ４２を通して液体Ｗ中に供給される。

図２に示すように、液体Ｗ中でアルゴンガスがバブリングされると、液体Ｗ中に含まれる空気などが取り除かれる。また、液体Ｗ中にアルゴンガスをバブリングすることで、超音波の照射によるキャビテーションが多発的に生じるとともに、マイクロ波の照射による放電プラズマが発生しやすくなる。

熱交換器１９は、容器１２の側面や底面に設けられ冷却水を循環させる冷却用配管４５と、その冷却用配管４５の途中に設けられる液体ポンプ４６と、液体Ｗの温度を検出するための熱電対４７とを備える。この熱交換器１９では、熱電対４７によって検出された温度に基づいて液体ポンプ４６が駆動されると、冷却用配管４５における冷却水の循環が開始され、液体Ｗの温度が所定温度以下となるように冷却される。

さらに、容器１２の側面にはその内部状態を目視で観察可能な覗き窓（図示略）が設けられており、超音波の照射時に発生するソノルミネッセンスの観察やマイクロ波の照射時に発生するソノプラズマの観察が可能となっている。

次に、本実施の形態のプラズマ発生装置１１におけるプラズマ発生方法について、図３のフローチャートに従い説明する。なお、図３の処理は、ユーザが制御装置２０の入力操作（例えば、処理開始のためのボタン操作）を行ったときに開始される。

先ず、制御装置２０は、バブリング装置１８における開閉バルブ４３を開状態に作動させ、ガスボンベ４１のアルゴンガスを供給パイプ４２を通して液体Ｗ中に供給する（ステップ１００）。これにより、液体Ｗ中でのアルゴンガスのバブリングが開始される。

そして、制御装置２０は超音波発生装置１３に制御信号を出力して超音波の照射を開始させる（ステップ１１０）。すなわち、パルス発生器２２において、制御装置２０からの制御信号に同期したタイミングでパルスが生成され、そのパルスがトランスデューサ２１に供給されることにより、トランスデューサ２１から超音波が液体Ｗ中に照射される。この超音波の照射により、液体Ｗ中にキャビテーションが多発的に生じる。

その後、制御装置２０はマイクロ波発生装置１４に制御信号を出力してマイクロ波の照射を開始させる（ステップ１２０）。具体的には、制御装置２０からの制御信号に基づいてマグネトロン２８に直流電流が供給されることでマイクロ波が発生される。そして、そのマイクロ波は導波管２９を伝搬して液体Ｗ中のキャビテーションの発生領域Ｒ（図２参照）に照射される。このマイクロ波の照射により、放電プラズマが発生してその領域（放電プラズマ発生領域）Ｒの温度が高められる。

次いで、制御装置２０は、中性子照射装置１６に制御信号を出力して中性子の照射を開始させる（ステップ１３０）。このとき、放電プラズマ発生領域Ｒに中性子が照射されると、液体Ｗに含まれる重水素が励起状態とされて核融合が起こり、中性子とヘリウムとが発生する。この核融合によって発生する中性子が中性子カウンタ１７で計数され、制御装置２０はその検出信号を取り込む（ステップ１４０）。制御装置２０はその検出信号に基づいて核融合が起きているか否かを判定し、その判定結果を図示しない表示装置（ディスプレイ）などに表示する。

また、制御装置２０は、熱電対４７の検出信号を取り込み、その検出信号に対応する液体温度が所定温度以上か否かを判定する（ステップ１５０）。そして、液体温度が所定温度以上と判定した場合、熱交換器１９を作動させる（ステップ１６０）。すなわち、制御装置２０は、液体ポンプ４６を駆動して冷却用配管４５に冷却水を循環させ、液体Ｗを冷却する。液体Ｗの温度が下がり、熱電対４７の検出信号に基づいて液体温度が所定温度以下であると判断した場合、制御装置２０は熱交換器１９（液体ポンプ４６）を停止する(ステップ１７０)。このように、熱交換器１９を制御することにより、容器１２中の液体Ｗが高温となってキャビテーションの発生が不安定となることが防止されるとともに、核融合で発生した熱エネルギーが回収される。

その後、制御装置２０は処理を終了するか否かを判定する（ステップ１８０）。ここで、ユーザによる処理終了のためのボタン操作がない場合は、ステップ１００に戻り、ステップ１００〜ステップ１８０の処理を繰り返し実行し、ユーザのボタン操作があった場合は、制御装置２０が各装置１３，１４，１６，１８を停止した後、本処理を終了する。

従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施の形態のプラズマ発生装置１１では、アルゴンガスをバブリングした液体Ｗ中に超音波を照射することにより、キャビテーションが多発的に生じる。すなわち、プラズマ発生装置１１は、マルチバブルソノルミネッセンス（ＭＢＳＬ）を利用した装置であり、実用化するのに十分なエネルギー量を得ることができる。また、キャビテーションの発生領域Ｒに対してマイクロ波を照射することにより放電プラズマが発生してその領域（放電プラズマ発生領域）Ｒの温度を高めることができる。さらに、放電プラズマ発生領域Ｒに中性子を照射することにより、その中性子が作用してプラズマ発生領域Ｒの温度をより高めることができる。その結果、液体Ｗ中の重水素が励起状態となって核融合が起こり、その核融合によって発生した熱エネルギーを熱交換器１９を用いて回収することができる。

（２）本実施の形態のプラズマ発生装置１１では、超音波発生装置１３のトランスデューサ２１とマイクロ波発生装置１４の導波管２９とが対向して配置されるので、超音波の照射によって発生したキャビテーションの発生領域Ｒに対してマイクロ波を確実に照射でき、反応場を形成するのに十分な量のプラズマ（ソノプラズマ）を発生させることができる。また、容器１２の側面に設けられた中性子透過部４０に臨むようにして中性子照射装置１６が配置されるので、容器１２の上面及び底面に配置されるトランスデューサ２１や導波管２９が邪魔になることなく、中性子透過部４０を透過した中性子を放電プラズマ発生領域Ｒに対して確実に照射することができる。

（３）本実施の形態のプラズマ発生装置１１では、中性子カウンタ１７により、液体Ｗ中の中性子が計数されるので、その結果に基づき放電プラズマ発生領域Ｒで音響核融合（ソノフュージョン）が起きているか否かを判断することができる。

（４）本実施の形態のプラズマ発生装置１１では、液体Ｗ中にアルゴンガスがバブリングされるので、キャビテーションが多発的にかつ効率よく生じるようになり、放電プラズマ発生領域を拡大しやすくなる。また、熱交換器１９により液体Ｗが冷却されるので、キャビテーションが安定的に発生する。その結果、放電プラズマ発生領域Ｒの温度をより高めることができ、核融合を起こしやすくすることができる。

（５）本実施の形態のプラズマ発生装置１１では、導波管２９から液体Ｗ中にマイクロ波を直接照射するように構成している。よって、アンテナを介してマイクロ波を出力するプラズマ発生装置と比較して、広い領域に均一なマイクロ波を照射することができ、プラズマ発生領域Ｒの大きさを十分に確保することができる。

（６）本実施の形態のプラズマ発生装置１１では、位置調整装置１５上にマイクロ波発生装置１４が設けられ、位置調整装置１５を駆動させることにより導波管２９の位置を変更することができる。この場合、キャビテーション発生領域Ｒに対するマイクロ波の照射位置（定在波の位置）を調整することができ、放電プラズマを効率よく発生させることができる。

なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。

・図４に示すプラズマ発生装置５１のように、小型容器（例えば、ビーカ）５２を用いて、そのビーカ５２の外側からマイクロ波を液体中に照射するように構成してもよい。なおこの場合、ビーカ５２の周囲（容器の内側）には不活性ガスを充填する。このプラズマ発生装置５１においても、超音波発生装置１３、マイクロ波発生装置１４、中性子照射装置１６などは上記実施の形態と同一の装置を用いている。このようにすれば、ビーカ５２の底部によって導波管２９が液体Ｗと隔離される。そのため、超音波の照射に伴い導波管２９（マイクロ波透過体３２を構成する石英ガラス）が摩耗した場合でもガラス片が液体Ｗに混入するといったことを防止でき、実用上好ましいものとなる。また、キャビテーションや放電プラズマの発生領域Ｒに応じた大きさのビーカ５２を用いれば、ビーカ５２内に入れる液体Ｗの量を必要最小限に抑えることができる。

・上記実施の形態では、超音波発生装置１３による超音波の照射、マイクロ波発生装置１４によるマイクロ波の照射、中性子照射装置１６による中性子の照射の順に行うものであったが、これらの照射順序は適宜変更してもよく、例えば、マイクロ波、超音波、中性子の順に照射してもよい。また、中性子照射装置１６によって中性子を事前に照射しておき、その後、超音波の照射及びマイクロ波の照射を行うように構成してもよい。特に、各装置１３，１４，１６における照射タイミングを正確に制御できる場合、それぞれを同時に照射すれば、各装置における電力消費を最小限に抑えることができる。

・上記実施の形態では、マイクロ波発生装置１４の導波管２９から液体Ｗ中にマイクロ波を直接照射する構成であったが、導波管２９のマイクロ波をアンテナを介して液体Ｗ中に照射するよう構成してもよい。

・上記実施の形態では、キャビテーション発生領域Ｒにマイクロ波を照射することでプラズマを発生させるものであったが、これに限定されるものではない。図５に示すプラズマ発生装置５５のように、超音波発生装置１３のトランスデューサ２１に対向する位置に複数個（図５では２個）の放電電極５６を配置し、電位印加装置５７で発生させた電位を各放電電極５６に印加して放電させることでキャビテーション発生領域Ｒにプラズマを発生させるよう構成してもよい。なお、このプラズマ発生装置５５において、超音波発生装置１３、中性子照射装置１６、バブリング装置１８、熱交換器１９などの構成は上記実施の形態と同じである。このように構成しても、高温の反応場を形成することができ、音響核融合を起こすことができる。

また、図６に示すようなプラズマ発生装置６１を構成してもよい。このプラズマ発生装置６１は直方体状の容器６２を有する。その容器６２の長手方向の両端に、液体Ｗの導入路６３と排出路６４とが接続されており、容器６２内において長手方向の左側から右側に向けて液体流通路が形成されている。容器６２の底面には、液体流通路に沿って複数のトランスデューサ６５が配置されている。また、容器６２内部において各トランスデューサ６５に対向する位置には反射板６６が支持部材６７により支持されている。そして、その反射板６６の底面（トランスデューサ６５からの超音波を反射する反射面）には、液体流通路に沿って放電電極６８が複数設けられている。さらに、液体流通路に向かって中性子を照射するよう容器６２の側面に中性子照射装置（図示略）が設けられている。このように構成したプラズマ発生装置６１では、複数のトランスデューサ６５から超音波を照射することにより、液体流通路に沿ってキャビテーションを発生させることができる。また、複数の放電電極６８に電位を印加して放電させることにより、そのキャビテーションの発生領域にプラズマを発生させることができる。そして、中性子照射装置からそのプラズマの発生領域に中性子を照射することで、その領域の温度を高めることができる。従って、このプラズマ発生装置６１では、プラズマ発生領域の大きさを十分に確保することができ、広い範囲で音響核融合を起こすことができる。

・上記実施の形態のプラズマ発生装置１１では、超音波発生装置１３とマイクロ波発生装置１４とを１対設けるものであったが、複数対設けるものであってもよい。このようにしても、プラズマ発生領域Ｒの面積を十分に確保することができ、広い範囲で音響核融合を起こさせることができる。

・上記実施の形態のプラズマ発生装置１１では、超音波発生装置１３のトランスデューサ２１を容器１２の上面に配置し、マイクロ波発生装置１４の導波管２９を容器１２の底面に配置するものであったが、これとは逆に、トランスデューサ２１を容器１２の底面に配置し、導波管２９を容器１２の上面に配置してもよい。

・上記実施の形態のプラズマ発生装置１１では、マイクロ波発生装置１４を位置調整装置１５上に配置し、マイクロ波発生装置１４の導波管２９の位置を変更可能に構成したが、超音波発生装置１３側に位置調整装置１５を設け、トランスデューサ２１の位置を変更可能に構成してもよい。

・上記実施の形態のプラズマ発生装置１１は、音響核融合を起こさせる核融合装置として利用するものであったが、これ以外に、化学反応の誘起・促進をさせる反応装置（例えばカーボンナノ粒子、カーボンナノチューブ、アモルファスカーボン等の生成装置）や、汚水などに含まれる有害物質を分解する処理装置としても利用することができる。

・上記実施の形態のプラズマ発生装置１１において、容器１２に液体Ｗを流通させるための通路（液体Ｗの導入路及び排出路）を接続し、液体Ｗを容器１２に流しつつ化学反応の処理や汚水処理などの処理を行うように構成することもできる。なおこの場合、前記処理は連続処理であってもよく非連続処理（いわゆるバッチ処理）であってもよい。

・上記実施の形態のプラズマ発生装置１１では、超音波発生装置１３が照射する超音波の周波数は２０ｋＨｚであり、マイクロ波発生装置１４が照射するマイクロ波は２．４５ＧＨｚであったが、これら周波数は適宜変更してもよい。例えば、超音波の周波数をより高く、具体的には１００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ程度に設定してもよい。

・上記実施の形態のプラズマ発生装置１１は放電プラズマを発生させるために電磁波照射手段を備え、図６のプラズマ発生装置６１は放電プラズマを発生させるために電位印加手段を備えていたが、これらの手段を省略して構成したプラズマ発生装置とすることも可能である。つまり、このプラズマ発生装置では、中性子照射手段が放電プラズマを発生させるための手段として作用する。従って、例えば照射する中性子の量を多くすること等により、この装置によってもプラズマ発生領域Ｒの温度をより高めることができ、その結果、液体Ｗ中の重水素が励起状態となって核融合を誘発させることが可能となる。

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）請求項１乃至６のいずれか１項において、前記液体は重水素及び／または三重水素を含むものであり、核融合を起こさせる核融合装置として利用することを特徴とするプラズマ発生装置。

（２）請求項１乃至４のいずれか１項において、前記電磁波照射手段は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、そのマイクロ波発生器により発生したマイクロ波を伝搬させる導波管とを備え、前記導波管の先端から前記液体におけるキャビテーション発生領域にマイクロ波を照射することを特徴とするプラズマ発生装置。

（３）技術的思想（２）において、前記導波管は、先端が前記容器内に突出するように配置された管本体と、前記管本体の先端の内部に配置されたマイクロ波透過体とを有し、前記マイクロ波透過体の先端部に、前記管本体の長手方向に対して傾斜した面が形成されていることを特徴とするプラズマ発生装置。

（４）請求項１乃至４のいずれか１項において、前記超音波照射手段と前記電磁波照射手段と前記中性子照射手段と電気的に接続され、前記各手段を制御する制御手段をさらに備えたことを特徴とするプラズマ発生装置。

本発明を具体化した一実施の形態のプラズマ発生装置を示す概略構成図。 図１のプラズマ発生装置を示す要部断面図。 制御装置が実行する処理を示すフローチャート。 別の実施形態のプラズマ発生装置を示す要部断面図。 別の実施形態のプラズマ発生装置を示す要部断面図。 （ａ），(ｂ)は別の実施形態のプラズマ発生装置を示す要部断面図。

符号の説明

１１，５１，５５，６１…プラズマ発生装置
１２，６２…容器
１３…超音波照射手段としての超音波発生装置
１４…電磁波照射手段としてのマイクロ波発生装置
１６…中性子照射手段としての中性子照射装置
１７…中性子測定器としての中性子カウンタ
１８…バブリング手段としてのバブリング装置
１９…熱交換器
４０…中性子透過部
５６，６８…放電電極
５７…電位印加手段としての電位印加装置
Ｒ…キャビテーション発生領域及び放電プラズマ発生領域
Ｗ…液体

Claims (8)

1. 液体を導入可能な容器と、
   前記容器内の液体中に超音波を照射してキャビテーションを多発的に生じさせる超音波照射手段と、
   前記液体におけるキャビテーション発生領域に電磁波を照射して放電プラズマを発生させる電磁波照射手段と、
   前記液体における放電プラズマ発生領域に中性子を照射する中性子照射手段と
   を備えたことを特徴とするプラズマ発生装置。
2. 前記超音波照射手段を前記容器の上面または底面に配置し、前記電磁波照射手段を前記超音波照射手段に対向した状態で前記容器の底面または上面に配置し、前記容器の側面に前記容器よりも中性子を透過させやすい中性子透過部を設け、その中性子透過部に臨むようにして前記中性子照射手段を配置したことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
3. 前記液体中の中性子を測定する中性子測定器をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ発生装置。
4. 前記液体中に希ガスをバブリングするためのバブリング手段と、前記液体から熱を取り出すための熱交換器とをさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
5. 液体を導入可能な容器と、
   前記容器内の液体中に超音波を照射してキャビテーションを多発的に生じさせる超音波照射手段と、
   複数の放電電極に電位を印加して放電させることにより前記液体におけるキャビテーション発生領域に放電プラズマを発生させる電位印加手段と、
   前記液体における放電プラズマ発生領域に中性子を照射する中性子照射手段と
   を備えたことを特徴とするプラズマ発生装置。
6. 液体を導入可能な容器と、
   前記容器内の液体中に超音波を照射してキャビテーションを多発的に生じさせる超音波照射手段と、
   前記液体におけるキャビテーション発生領域に中性子を照射して放電プラズマを発生させる中性子照射手段と
   を備えたことを特徴とするプラズマ発生装置。
7. 液体中に超音波を照射してキャビテーションを多発的に生じさせ、前記液体におけるキャビテーション発生領域に、電磁波の照射または複数の放電電極への電位印加による放電によって放電プラズマを発生させる方法において、前記液体における放電プラズマ発生領域に中性子を照射することを特徴とするプラズマ発生方法。
8. 液体中に超音波を照射してキャビテーションを多発的に生じさせ、前記液体におけるキャビテーション発生領域に中性子を照射して放電プラズマを発生させることを特徴とするプラズマ発生方法。

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