JP2011086564A - 分析装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る分析装置は、第1の開口を有する生成室及び生成室で原料ガスのプラズマを発生させることでラジカルを生成するプラズマ発生手段とを有するラジカル生成部と、第1の開口に連通する第2の開口を有する測定管及び測定管に収容され測定管に流入したラジカルを検出する温度センサとを有する測定部と、第1の開口と第2の開口とを結ぶ直線上に位置しプラズマから熱電対への輻射を遮蔽する遮蔽部とを具備する
ラジカル生成部において生成されたラジカルは、生成室の第1の開口から測定管の第2の開口へ流入し、温度センサに到達する。温度センサの出力からラジカルの結合熱が算出される。ここで、プラズマからの輻射を遮蔽部により遮蔽し、温度センサに輻射熱が印加されないようにすることで、結合熱の精度を向上させることが可能となる。
【選択図】図1
Description
上記ラジカル生成部は、第1の開口を有する生成室と、上記生成室で原料ガスのプラズマを発生させることでラジカルを生成するプラズマ発生手段とを有する。
上記測定部は、上記第1の開口に連通する第2の開口を有する測定管と、上記測定管に収容され上記測定管に流入した上記ラジカルを検出する温度センサとを有する。
上記遮蔽部は、上記第1の開口と上記第2の開口とを結ぶ直線上に位置し、上記プラズマから上記温度センサへの輻射を遮蔽する。
上記ラジカル生成部は、第1の開口を有する生成室と、上記生成室で原料ガスのプラズマを発生させることでラジカルを生成するプラズマ発生手段とを有する。
上記測定部は、上記第1の開口に連通する第2の開口を有する測定管と、上記測定管に収容され上記測定管に流入した上記ラジカルを検出する温度センサとを有する。
上記遮蔽部は、上記第1の開口と上記第2の開口とを結ぶ直線上に位置し、上記プラズマから上記温度センサへの輻射を遮蔽する。
上記遮蔽部は、上記第1の開口と上記第2の開口を連結する屈曲した管路であってもよい。
本発明の第1の実施形態に係る分析装置1について説明する。
図1は、分析装置1の概略構成を示す図である。
横軸は第1の管口11aから温度センサ9までの距離(mm)であり、縦軸は温度センサ9の出力(℃)である。サンプル材料は石英、アルミニウム及びステンレス鋼である。同図に示すように、温度センサ9が第1の管口11aから遠ざかるに従って、温度センサ9の出力が低下する。
Q1+Q3+Q4=Q2+Q5 (1)
ここで、Q1は温度センサ9からの電磁波の放射により失われる熱、Q2はプラズマからの輻射によって温度センサ9に加えられる熱、Q3は温度センサ9の周囲に存在する気体の粘性流によって温度センサ9から失われる熱、Q4は温度センサ9の熱電対ワイヤから支持体14への熱伝導によって失われる熱、Q5は温度センサ9の表面において生じるラジカルの結合熱によって温度センサ9に加わる熱である。温度センサ9の出力が一定となるまで、その位置を維持することにより温度センサ9への熱の流入(式(1)の左辺)と温度センサ9からの熱の流出(式(1)の右辺)が一致し、式(1)が成り立つ。
Q1=σAε(Tw 4−Tf 4) (2)
σはステファンボルツマン係数(5.67×10−8[W・m−2・K−4])、Aは温度センサ9の表面積、εは温度センサ9の輻射率、Twは各測定位置の温度(温度センサ9の出力)、Tfはガス温度(サンプル管11の外壁温度と仮定)である。
Q3=hA(Tw−Tf) (3)
hは酸素ガス流れ中の温度センサ9の熱伝達率である。
Q2は、プラズマからの輻射が遮蔽部4によって遮蔽されるため無視することができる。
結合熱Q5とラジカル濃度[R]の関係は以下の式(4)によって表される。
Q5=AΔEγsus[R]v/4 (4)
ΔEはラジカルの結合解離エネルギー、γsusは触媒表面の再結合係数、vはラジカルの熱運動速度の二乗平均平方根である。
温度センサ9の近傍におけるラジカル濃度[R]と第1の管口11aにおけるラジカル濃度(初期ラジカル濃度)[H]0の関係は以下の式(5)によって表される。
[R]=[R]0exp(−βγ1/2ηxf) (5)
βは幾何学的因子、γはサンプル材料の再結合係数、ηは基準座標系の変形率、xfはプラズマから温度センサ9までの距離である。
幾何学因子βは以下の式(6)によって表される。
β=(vR/D)1/2/R (6)
Rはサンプル管11の半径、Dはラジカルの拡散係数である。
基準座標系の変形率ηは以下の式(7)によって表される。
η=F/(F+vf) (7)
Fは静止基準座標系中のラジカルの拡散速度であり、vfはガスフローの流速である。
Q5=AΔEγsusv/4[R]0exp(−βγ1/2ηxf) (8)
式(8)は以下の式(9)に変形できる。
logQ5=−(βγ1/2ηxf)+log(AΔEγsusv/4[H]0) (9)
a=−βγ1/2η (11)
b=log(AΔEγsusv/4[H]0) (12)
γ=(a/βγ)2 (13)
本発明の第2の実施形態に係る分析装置20について説明する。
図4は、分析装置20の概略構成を示す図である。
図4に示すように、分析装置20は、第1の実施形態に係る分析装置1が有する遮蔽部4に替わり、遮蔽部21を有する。遮蔽部21は、ラジカル生成部2と測定部3の間に配置されている。
2 ラジカル生成部
3 測定部
4 遮蔽部
5 プラズマ生成室
5a 第1の開口
8 測定管
8a 第2の開口
9 温度センサ
15 駆動機構
20 分析装置
21 遮蔽部
Claims (6)
- 第1の開口を有する生成室と、前記生成室で原料ガスのプラズマを発生させることでラジカルを生成するプラズマ発生手段とを有するラジカル生成部と、
前記第1の開口に連通する第2の開口を有する測定管と、前記測定管に収容され前記測定管に流入した前記ラジカルを検出する温度センサとを有する測定部と、
前記第1の開口と前記第2の開口とを結ぶ直線上に位置し、前記プラズマから前記温度センサへの輻射を遮蔽する遮蔽部と
を具備する分析装置。 - 請求項1に記載の分析装置であって、
前記遮蔽部は、前記第1の開口と前記第2の開口を連結する屈曲した管路である
分析装置。 - 請求項2に記載の分析装置であって、
前記原料ガスは、酸素を含有するガスである
分析装置。 - 請求項2に記載の分析装置であって、
前記管路は、石英又はアルミニウムからなる
分析装置。 - 請求項1に記載の分析装置であって
前記測定管は、前記ラジカルの失活の程度が評価されるべきサンプル材料からなる内壁面を有する
分析装置。 - 請求項5に記載の分析装置であって、
前記測定部は、前記温度センサを、前記測定管の前記サンプル材料が存在する範囲内において前記測定管の軸方向に移動させる駆動機構を有する
分析装置。
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