高サイクルの高電圧パルス放電による媒体音速差を利用した革新的衝撃波重畳技術の実現

衝撃波の産業利用が期待される中、申請者は水中での電気放電を用いた水中衝撃波の生成手法に着目し研究開発を進めている。一方で衝撃波は伝播過程における衝撃圧力の減衰が課題となり産業利用の促進が阻害されている。そこで本研究では高サイクルの高電圧パルス放電により生成される水中衝撃波を任意の伝播距離において重畳させることにより、広範囲に高強度な水中衝撃波の生成及び制御を行うことを目的に技術開発を進めている。本研究ではこれまでにMOS-FETによるスイッチングモジュールを用いた多段マルクス型の高電圧パルス発生装置を開発し、装置の高サイクル化を目指し課題の検証と装置開発に取り組んでいる。これまでに開発した出力電圧8kV、放電エネルギー0.3J/Pulseの高電圧パルス発生装置により、水中衝撃波の発生原点近傍において単波あたり180MPaの高圧力の発生を実現し、また短時間ながら100kHzでのバースト駆動による水中衝撃波の生成を実現した。しかし高電圧パルス発生装置に対して給電を行う一次電源装置の容量不足が要因となり、連続的な駆動や目標とする1MHz以上の高サイクルでの水中衝撃波生成に課題が残っている。そこで2022年度においては一次電源の開発に取り組んだが、高電圧パルス発生装置への電力移送において課題が生じ目標とする1MHz以上の高サイクルでの水中衝撃波生成及び衝撃波重畳には至っていない。2023年度においては装置の改良による高電圧パルス発生装置の高サイクル化に加え、複数の高電圧パルス発生装置の連携による水中衝撃波重畳を視野に加え課題の達成を目指す。

衝撃波の産業利用が期待される中、申請者は水中での電気放電を用いた水中衝撃波の生成手法に着目し研究開発を進めている。一方で衝撃波は伝播過程における衝撃圧力の減衰が課題となり産業利用の促進が阻害されている。そこで本研究では高サイクルの高電圧パルス放電により生成される水中衝撃波を任意の伝播距離において重畳させることにより、広範囲に高強度な水中衝撃波の生成及び制御を行うことを目的に技術開発を進めている。本研究ではこれまでにMOS-FETによるスイッチングモジュールを用いた多段マルクス型の高電圧パルス発生装置を開発し、装置の高サイクル化を目指し課題の検証と装置開発に取り組んでいる。これまでに開発した出力電圧8kV、放電エネルギー0.3J/Pulseの高電圧パルス発生装置により、水中衝撃波の発生原点近傍において単波あたり180MPaの高圧力の発生を実現し、また短時間ながら100kHzでのバースト駆動による水中衝撃波の生成を実現した。しかし高電圧パルス発生装置に対して給電を行う一次電源装置の容量不足が要因となり、連続的な駆動や目標とする1MHz以上の高サイクルでの水中衝撃波生成に課題が残っている。そこで2022年度においては一次電源の開発に取り組んだが、高電圧パルス発生装置への電力移送において課題が生じ目標とする1MHz以上の高サイクルでの水中衝撃波生成及び衝撃波重畳には至っていない。2023年度においては装置の改良による高電圧パルス発生装置の高サイクル化に加え、複数の高電圧パルス発生装置の連携による水中衝撃波重畳を視野に加え課題の達成を目指す。