大強度パルス相対論的電子ビーム照射による窒素酸化物及び硫黄酸化物の処理過程の解明

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自動車、船舶、製鉄所及び火力発電所などの化石燃料(主に石炭、軽油及び重油など)を大量に燃焼する内燃機関等からの排気ガスの浄化を目標に定めて、大強度パルス相対論的電子ビーム(Pulsed, Intense Relativistic Electron Beam : IREB、電子の運動エネルギー〜2MeV(ピーク値)、電流値〜4kA(ピーク値)、パルス幅〜90ns(FWHM))照射による窒素酸化物(NO_x)及び硫黄酸化物(SO_x)の処理プロセスの解明を実験的及び数値解析的に推進した。まず、IREBの長距離伝搬特性(大気透過特性)を積極的に活用して、電子ビーム源から1.6mの大気を介して遠方に設置されたガス処理チャンバ中のSO_x処理を試みた。模擬排気ガス(SO_2/O_2/N_2混合ガス)にIREBを照射して、SO_2濃度の変化を観測した。IREB照射前の初期SO_2濃度100ppm、ガス圧力270kPaのとき、10回のIREB照射によりSO_2濃度は約40ppmに減少した。このときのSO_2処理エネルギー効率(IREBの単位エネルギー当たりのSO_2処理量)は最大で50g/kWhが得られた。本研究では、さらに、排気ガス処理プロセスに必要不可欠な物質であるオゾン(O_3)のIREB照射による生成特性についても言及した。ガス処理チャンバ中のO_3濃度を測定した結果、排気ガス中のNO_x及びSO_x濃度と同程度のO_3がIREB照射により生成されることを明らかにした。このときのO_3収率(IREBの単位エネルギー当たりのO_3生成量)は10〜20g/kWhであった。また、IREBの透過性を利用してガス処理チャンバ中に金属箔を配置して積極的に二次電子を発生させてO_3生成量の増加を試みた。その結果、O_3生成量に若干の向上が観測された。