JP2012088090A - ラジカルの測定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
本発明に係るラジカルの測定方法は、生成室5内で原料ガスのプラズマを発生させることで、測定対象であるガスのラジカルを生成する。ラジカルは、生成室5に対し、プラズマの輻射熱を遮蔽する遮蔽部4を介して接続された測定管8に流入させられる。結合熱は、測定管8に配置された温度センサ9によって、温度センサ9との接触によってラジカルが失活することで発生する。測定管8の軸方向に沿った結合熱の変化に関する減衰係数が算出される。測定管8の構成材料のラジカルに対する再結合係数は、測定管8の軸方向および径方向のラジカルの密度分布を含む移流拡散方程式を用いて算出される。
【選択図】図1
Description
上記ラジカルは、上記生成室に対し、上記プラズマの輻射熱を遮蔽する遮蔽部を介して接続された測定管に流入させられる。
結合熱は、上記測定管に配置された温度センサによって、上記温度センサとの接触によって上記ラジカルが失活することで発生する。
上記測定管の軸方向に沿った上記結合熱の変化に関する減衰係数は算出される。
上記測定管の構成材料の上記ラジカルに対する再結合係数は、上記測定管の軸方向および径方向の上記ラジカルの密度分布を含む移流拡散方程式を用いて算出される。
上記ラジカルは、上記生成室に対し、上記プラズマの輻射熱を遮蔽する遮蔽部を介して接続された測定管に流入させられる。
結合熱は、上記測定管に配置された温度センサによって、上記温度センサとの接触によって上記ラジカルが失活することで発生する。
上記測定管の軸方向に沿った上記結合熱の変化に関する減衰係数は算出される。
上記測定管の構成材料の上記ラジカルに対する再結合係数は、上記測定管の軸方向および径方向の上記ラジカルの密度分布を含む移流拡散方程式を用いて算出される。
s=α2/4+vmα/(2D)
を用いて上記減衰係数の減衰量sを算出し、上記減衰量sを
γ=8aD/vt・s/(1−a2s)
に代入することで、再結合係数γを算出してもよい。
この構成によれば、平板状のサンプルを組み合わせることによって測定管を形成することが可能となる。測定管を円管等の形状とする場合には、サンプルを曲面状等に加工する必要があるが、平板状であればその必要がなく、容易に測定管を準備することが可能である。
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。
図4に示したプロットの傾き(減衰係数)α[W/m]を求める。この傾きαを以下の[数2]に代入して減衰量sを算出し、減衰量sを以下の[数3]に代入して再結合係数γを導出することが可能である。なお、[数2]及び[数3]は、サンプル管11が円管の場合の式である。
vt={8kT/(πm)}1/2
円管の移流拡散方程式は以下の[数4]のように記述することができる。
第2の実施形態に係る分析装置について説明する。
本実施形態に係る分析装置は、第1の実施形態と異なり、矩形の断面形状を有する測定管8を有する。即ち、測定管8を構成するサンプル管11及び排気管12は同一の断面形状を有する矩形管である。サンプル管11は再結合係数が評価されるべきサンプル材料からなり、即ち測定管8はサンプル材料からなる内壁面を有する。
図4に示したプロットの傾き(減衰係数)α[W/m]を求める。この傾きαから、以下の[数10]に示す行列式を用いて再結合係数γを算出する。
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
Claims (7)
- 生成室内で原料ガスのプラズマを発生させることで、測定対象であるガスのラジカルを生成し、
前記生成室に対し、前記プラズマの輻射熱を遮蔽する遮蔽部を介して接続された測定管に前記ラジカルを流入させ、
前記測定管に配置された温度センサによって、前記温度センサとの接触によって前記ラジカルが失活することで発生する結合熱を測定し、
前記測定管の軸方向に沿った前記結合熱の変化に関する減衰係数を算出し、
前記測定管の軸方向及び径方向の前記ラジカルの密度分布の関数形において移流拡散方程式を再結合係数を含む境界条件に代入して、前記測定管の構成材料の前記ラジカルに対する再結合係数を算出する
ラジカルの測定方法。 - 請求項1に記載のラジカルの測定方法であって、
前記測定管は、断面形状が一様な円管である
ラジカルの測定方法。 - 請求項2に記載のラジカルの測定方法であって、
前記ラジカルの密度分布の関数形は、密度分布の径方向を前記温度センサから前記測定管までの前記測定管の断面方向の距離rの冪で展開する
ラジカルの測定方法。 - 請求項3に記載のラジカルの測定方法であって、
前記ラジカルの再結合係数をγ、前記減衰係数をα[W/m]、前記ラジカルの拡散係数をD[m2/s]、前記測定管を流れる気体の平均流速をvm[m/s]、前記測定管の半径をa[m]、前記ラジカルの熱速度をvt[m/s]とするときに
s=α2/4+vmα/(2D)
を用いて前記減衰係数の減衰量sを算出し、
前記減衰量sを
γ=8aD/vt・s/(1−a2s)
に代入することで、再結合係数γを算出する
ラジカルの測定方法。 - 請求項1に記載のラジカルの測定方法であって、
前記測定管は、断面形状が一様な矩形管である
ラジカルの測定方法。 - 請求項5に記載のラジカルの測定方法であって、
前記ラジカルの密度分布の関数形は、密度分布の断面方向を前記温度センサから前記測定管までの前記測定管の断面方向に沿って直交する二方向の距離x及びyの冪で展開する
ラジカルの測定方法。
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