水素を入れたとたんにブレーカーが落ちるんだよな。
水素自体の絶縁破壊電圧はそんなに高いはず無いんだけども、どうも解せない。
しっかりと絶縁を録ってやる以外に手立てはないのではないか…。
明日からまた苦悩の日々が続く。
ああ、世知辛い。
でも、がんばろう。
以上。
2011年5月12日木曜日
画像処理 第1章
画像処理という作業は、言ってしまえば「配列に格納されたピクセルのデータをどのようにいじくりまわすか？」という、極めて単純な作業である。しかし、その「配列」という代物がとんでもなく曲者で、配列と切っても切れない「アドレス」との戦いでもある。
コンピュータ上では、全てのデータは主記憶装置と呼ばれる「メモリ」に格納される。メモリというのは、広大な敷地のある土地のようなもので、そこに住所を割り振る作業…それを「マッピング」と呼ぶ。この作業は、基本的にはアプリケーションやOSが行い、普段我々が特別な意識を傾けることはない。しかし、この作業がなければ、広大なアドレス空間のどこに特定のデータを格納したか？の判別が出来ない。また、同じアドレスに重複してデータをしまってしまったりする。
今回の画像処理高速化のポイントは、この「アドレス」に直接データを取りに行き、配列へとコピーする作業をどうするか？ということであった。この一連の作業を「DMA（=Direct Memory Access）転送」と呼ぶらしい。
以前は、画像を1枚のBMP（ビットマップ）ファイルとして保存し、それを再び読み出し、APIを使って配列へと格納する作業を行っていた。この方法は、プログラムとしては極めてシンプルで見やすく、何をやっているかも分かりやすいアルゴリズムなのだが、肝心のスピードが出ない。保存と読み出しの課程で、どうしてもHDDを経由してしまうため、スピードが落ちてしまうのである。メモリとHDDのデータ転送速度は、人間の感覚には大差ないように思えるが、コンピュータ内部では雲泥の差なのである。
今回は、開発したアプリケーションソフトによってマッピングされた（正確に言えば、フレームグラバボードのドライバがマッピングした）アドレスへ直接データを取りに行き、それを配列へと格納することで、今までの数十倍のスピードを達成することが出来た。ただし、撮影するカメラの都合上、1秒間に撮影できる画面数は60枚である（=60fpsと呼ぶ）。1秒間に60枚ということは、1枚の撮影にかかる時間が1/60=17msである。今回用いたフレームグラバボードの転送速度は250MB/sである。1枚の画素数は640x485=310400pxである。画像の階調は256階調=8bitであるから、1ピクセルを1Byteと読み替えていいので、この画像は310400Byteである。よって、このフレームグラバボードは、単純計算で
250000000/310400=805.412371134020619
≒805
すなわち、805枚のデータを1秒間に転送できる計算となる。この数値と比較すると、1秒間に60枚のカメラの性能など低速もいいところ。今まで60枚の画像撮影に要していた時間は12秒程度であったが、60fpsをフルに生かして1秒で全ての作業が終了することとなる。
とりあえず今日はここまで。
以上。
コンピュータ上では、全てのデータは主記憶装置と呼ばれる「メモリ」に格納される。メモリというのは、広大な敷地のある土地のようなもので、そこに住所を割り振る作業…それを「マッピング」と呼ぶ。この作業は、基本的にはアプリケーションやOSが行い、普段我々が特別な意識を傾けることはない。しかし、この作業がなければ、広大なアドレス空間のどこに特定のデータを格納したか？の判別が出来ない。また、同じアドレスに重複してデータをしまってしまったりする。
今回の画像処理高速化のポイントは、この「アドレス」に直接データを取りに行き、配列へとコピーする作業をどうするか？ということであった。この一連の作業を「DMA（=Direct Memory Access）転送」と呼ぶらしい。
以前は、画像を1枚のBMP（ビットマップ）ファイルとして保存し、それを再び読み出し、APIを使って配列へと格納する作業を行っていた。この方法は、プログラムとしては極めてシンプルで見やすく、何をやっているかも分かりやすいアルゴリズムなのだが、肝心のスピードが出ない。保存と読み出しの課程で、どうしてもHDDを経由してしまうため、スピードが落ちてしまうのである。メモリとHDDのデータ転送速度は、人間の感覚には大差ないように思えるが、コンピュータ内部では雲泥の差なのである。
今回は、開発したアプリケーションソフトによってマッピングされた（正確に言えば、フレームグラバボードのドライバがマッピングした）アドレスへ直接データを取りに行き、それを配列へと格納することで、今までの数十倍のスピードを達成することが出来た。ただし、撮影するカメラの都合上、1秒間に撮影できる画面数は60枚である（=60fpsと呼ぶ）。1秒間に60枚ということは、1枚の撮影にかかる時間が1/60=17msである。今回用いたフレームグラバボードの転送速度は250MB/sである。1枚の画素数は640x485=310400pxである。画像の階調は256階調=8bitであるから、1ピクセルを1Byteと読み替えていいので、この画像は310400Byteである。よって、このフレームグラバボードは、単純計算で
250000000/310400=805.412371134020619
≒805
すなわち、805枚のデータを1秒間に転送できる計算となる。この数値と比較すると、1秒間に60枚のカメラの性能など低速もいいところ。今まで60枚の画像撮影に要していた時間は12秒程度であったが、60fpsをフルに生かして1秒で全ての作業が終了することとなる。
とりあえず今日はここまで。
以上。
2011年5月9日月曜日
2011年5月3日火曜日
FT-IR光軸調整→完了
自分の研究室はBOMEM社のMB100という装置を使っている。カナダの企業なので、説明書もすべて英語。今回ほど英語が使えることを便利に思ったことはない。
大事なのが液体窒素による冷却。これがないとプリアンプの熱雑音が増幅されて出てしまう。それに加え、レーザー発振器の窒素パージ。窒素は工業用のボンベに入ったものを使う。レギュレータからチューブを伝って、フローメータで微調整をしつつ、3L/minで2〜3時間窒素を流し続ければだいたいOKだと思われる。気を付けなければいけないのが、入っていった窒素は放出しなければならないこと。裏面に六角レンチで回すボルトがあり、これを解放して流し続ける。しばらく流し続ければ機器の内部が隅々まで窒素パージされる。おもむろにボルトを締め、少々待つ。すると、機器内部の圧力が大気圧より高い状態になる。そして窒素のボンベを閉じる。内部圧力が高いと、外気が内部に入りにくくなるため、水分や二酸化炭素などの不純物が機器内に混入しづらくなる。
赤外レーザのため、レーザそのものは目で見ることができない。そのため、厳密に機器の水平を取り、検出部とレーザ発振部の高さを合わせる必要があった。単純な作業のため、方法は省略する。
検出部の格納容器内も窒素でパージできるようになっている。しかし、実際に窒素を流しながらアライメントを取ったときと、流さないで取ったときとでは大きな違いは見られなかった。そのため、特に格納容器のパージは不要と思われる。ただし、湿度の高い日や時期では、無用の外乱を絶つために流した方がいいのかもしれない。念のため、格納容器内部にシリカゲルを3袋程度入れておいた。
機器本体には、乾燥剤を格納する容器が隠されている。湿度インジケータがネジ状になっており、これを取り外すと内部に乾燥剤を格納する容器がある。念のため乾燥剤を交換しておいた。…といっても、バラして電子レンジで再利用だが。シリカゲルは電子レンジで復活するらしい。
以上の厳密な調整を経て、アライメントが復活した。しかし、レーザ出力が強すぎてオーバーフローを起こしてしまう。まず、プリアンプの感度を下げてみる。感度調整はプリアンプ本体(格納容器内部)にA〜Eまでのツマミがあり、それぞれが1〜5倍の受信感度になっている。今まではBになっていたが、今回Aに戻した。説明書には「通常Aで使用してください」と書いてあったが、かつてBにした理由は、恐らく真空チャンバ内のシリコン基板に堆積した膜をリアルタイムで測定するため、光路長が増大し、また臭化タリウムガラスを通るために、絶対的な光量が低下したことによる措置だろう。
ツマミでBからAに調整するも、未だにオーバーフローを起こす。そこで、光量を若干減らすために「網」を使う。これを使うことで、アライメント79％まで低下した。説明書には「アライメント60％〜80％の間で測定すること」とあるので、ほぼ理想通りの光学系を構築することができた。
今後の課題として、今まではピンセットで試料を挟み、検出部の一部分で試料を挟み込んで測定していたが、このやり方では効率が悪い。何より、試料に傷がついてしまう。これをどうにかうまくできないものか？
明日の作業予定
・DMA転送によるフレームグラバボードの画像処理プログラミング
・FT-IRのデータ編集ソフトの日本語化パッチ作成
・デジタルオシロの波形取得プログラム
・実験室の片付け
以上。
2011年4月30日土曜日
研究室の出席管理
出席管理ソフトを作った。
画面はこんな感じ。
「パスワード」に自分のパスワードを入力して、左上に並んだ自分の名前が書かれたボタンをクリック。右側のテキストボックスに名前と時間が表示される。設定した時間より早く来ればOK。設定した時間より遅かったら、自分のボタンの右側の数字が増えていく。この数字は「何分遅れてきたか」を示すもので、単位は「分」。ひと月単位で計算をして精算。全員の合計金額の概算が「現在の総額」に表示される。とりあえず30分で100円とした。
土日祝日は基本的に出席管理をしない。そのため、土日祝日は下の方に「今日は○○」のように表示され、メンバーのボタンが押せないようになる。
出席時間や何らかの用事でしばらく欠席するときは、管理用画面に入って設定する。管理画面の表示にはパスワードが必要。
パスワードを入力すると、下のような管理画面が表示される。
「非加算」にチェックを入れると、欠席しても加算がなされない。長期休暇で学校を休むときは、ここにチェックを入れる。また、左側の数字で各個人の「何分遅れ」を変更できる。もし理由があって事前の「非加算」を設定できなかったときは、ここで修正する。出席時間で、ペナルティを受ける時間を設定する。院生と学部生で出席時間を別々に設定できる。「欠席レート」では、無断欠席時の加算分数を設定する。欠席すると、日時が変わる瞬間にこの分数が加算される。
これから、意見を取り入れつつ修正が入るかも知れないが、おおよそは以上の通り。何か意見があればコメントまで。
以上。
画面はこんな感じ。
「パスワード」に自分のパスワードを入力して、左上に並んだ自分の名前が書かれたボタンをクリック。右側のテキストボックスに名前と時間が表示される。設定した時間より早く来ればOK。設定した時間より遅かったら、自分のボタンの右側の数字が増えていく。この数字は「何分遅れてきたか」を示すもので、単位は「分」。ひと月単位で計算をして精算。全員の合計金額の概算が「現在の総額」に表示される。とりあえず30分で100円とした。
土日祝日は基本的に出席管理をしない。そのため、土日祝日は下の方に「今日は○○」のように表示され、メンバーのボタンが押せないようになる。
出席時間や何らかの用事でしばらく欠席するときは、管理用画面に入って設定する。管理画面の表示にはパスワードが必要。
パスワードを入力すると、下のような管理画面が表示される。
「非加算」にチェックを入れると、欠席しても加算がなされない。長期休暇で学校を休むときは、ここにチェックを入れる。また、左側の数字で各個人の「何分遅れ」を変更できる。もし理由があって事前の「非加算」を設定できなかったときは、ここで修正する。出席時間で、ペナルティを受ける時間を設定する。院生と学部生で出席時間を別々に設定できる。「欠席レート」では、無断欠席時の加算分数を設定する。欠席すると、日時が変わる瞬間にこの分数が加算される。
これから、意見を取り入れつつ修正が入るかも知れないが、おおよそは以上の通り。何か意見があればコメントまで。
以上。
2011年4月21日木曜日
真空装置内の絶縁材料
私の研究室では、高真空装置によって材料を開発する研究を行っている。材料開発に「熱」というものは切っても切れない大事なパートナーで、熱をかけることにより物性の改善をはじめとして様々な利点をもたらすことができる。
真空で材料を開発するには、非常に多岐にわたる手法が確立している。自分たちが用いている方法は「化学気相蒸着」と呼ばれる手法で、原料となる物質を真空容器に導入し、電圧をかけることによりプラズマを発生させ、プラズマの力で原料を分解し、目的の材料を「積もらせる」のである。
この「積もらせる」過程で熱を加えることによって不要なものを除去したり、また分解をより促進したりすることができる。
この度、熱をかける回路を作成し、真空容器に設置することとなった。そのためには、真空容器内に配線をしなければならない。
言葉で書けば単純であるが、真空という環境で、しかも高電圧のプラズマにさらされ、加えて熱をかけられるわけである。配線材料にも、それ相応の耐環境性が要求される。
例えば、回路というものは「入力」と「出力」の2本の線が必要である。すなわち、この2本の線が短絡しないように絶縁してやる必要がある。つまり、まず第一に絶縁性能が必要とされる。
次に、その材料から変な物質が漏洩しないよう、できるだけ化学的に安定な物質でなければならない。プラズマで絶縁材料そのものが分解され、目的とする材料に混入しては問題だからだ。
最後に、真空下でバラバラにならないようなしっかりした材料でなければならない。真空ポンプに入り込み、無駄なトラブルの原因となってしまっては、原因究明に多大な時間を取られてしまうからである。
この3つの特性を生かすには…「ガラスクロス」しか思い付かなかった。ガラスクロスとは、ガラスを非常に細かい繊維状にしたものを布のように編み込んだもので、耐熱性と絶縁性を持っている。
しかし…真空下において放電したときに、何か余分なものが出てくるのでは？という懸念があった。そこで、実際に放電を発生させて、容器内にガラスクロスがある場合ない場合で比較してみた。
真空で材料を開発するには、非常に多岐にわたる手法が確立している。自分たちが用いている方法は「化学気相蒸着」と呼ばれる手法で、原料となる物質を真空容器に導入し、電圧をかけることによりプラズマを発生させ、プラズマの力で原料を分解し、目的の材料を「積もらせる」のである。
この「積もらせる」過程で熱を加えることによって不要なものを除去したり、また分解をより促進したりすることができる。
この度、熱をかける回路を作成し、真空容器に設置することとなった。そのためには、真空容器内に配線をしなければならない。
言葉で書けば単純であるが、真空という環境で、しかも高電圧のプラズマにさらされ、加えて熱をかけられるわけである。配線材料にも、それ相応の耐環境性が要求される。
例えば、回路というものは「入力」と「出力」の2本の線が必要である。すなわち、この2本の線が短絡しないように絶縁してやる必要がある。つまり、まず第一に絶縁性能が必要とされる。
次に、その材料から変な物質が漏洩しないよう、できるだけ化学的に安定な物質でなければならない。プラズマで絶縁材料そのものが分解され、目的とする材料に混入しては問題だからだ。
最後に、真空下でバラバラにならないようなしっかりした材料でなければならない。真空ポンプに入り込み、無駄なトラブルの原因となってしまっては、原因究明に多大な時間を取られてしまうからである。
この3つの特性を生かすには…「ガラスクロス」しか思い付かなかった。ガラスクロスとは、ガラスを非常に細かい繊維状にしたものを布のように編み込んだもので、耐熱性と絶縁性を持っている。
しかし…真空下において放電したときに、何か余分なものが出てくるのでは？という懸念があった。そこで、実際に放電を発生させて、容器内にガラスクロスがある場合ない場合で比較してみた。
ガラスクロスありの場合
ガラスクロスあり、かつ1時間加熱した場合
ガラスクロスあり、かつ10時間真空を引き続けた場合
ガラスクロスなしの場合
このグラフは、縦軸が発光強度（どれだけ明るいか）、横軸が波長（色）を表している。すべてのグラフを見比べると、大した違いが見られないので、ガラスクロスを真空中に入れて放電を行っても、大きな違いは無いと考えられる。
今日は、タングステン線を使ってヒーター本体の製作に入る。
以上。
2011年4月16日土曜日
ビッカース硬度計の数値測定
とりあえずパソコンの目処がついたので、シリアルケーブルをかませてデータ通信を試みる。開発言語はいつものVisualBasic。
うん、びっくりするくらいうまくいった。
あとは、必要な機能を付け足していくだけかな。画像の取得とか、測定対象の名前を入力して、テキストファイルでまとめて掃き出せるようにするとか。
先は長い。忙しい時期だけど頑張ろう。
以上。
うん、びっくりするくらいうまくいった。
あとは、必要な機能を付け足していくだけかな。画像の取得とか、測定対象の名前を入力して、テキストファイルでまとめて掃き出せるようにするとか。
先は長い。忙しい時期だけど頑張ろう。
以上。
2011年4月12日火曜日
レガシ・インターフェース
私の研究室では、実にいろいろな装置が稼働している。測定装置、プラズマ装置、電源、光学装置…しかしながら、その大半は古い代物で、データの集積などはGPIBインターフェース、RS-232C、果てはサーマルプリンタで直接印刷！などなど。
最近、研究室のノートパソコンのHDDが死んだらしく、このHDDを交換して計測用のノートPCとして復活させる！という野望がある。問題は、そのようなレガシィ（遺産的＝死んだ）な通信規格を現代のパソコンで使用するにはどうすればいいのか？ということだ。
調べてみたら…意外とたくさん存在するのね。RS-232C←→USBとか、GPIBもUSBと変換できる。これは…！いける！デスクトップで使うボードとか、シリアルポートとかしか使ったこと無かったけども、ノートだと可搬性に優れた柔軟な計測が可能になるぞ。
計測プログラムなんて自作すればよろしい。VBでさらさらっと。
早速ケーブルを注文しなきゃ。
画像は「ビッカース硬度計」。試料にダイヤモンドで細かい傷をつけて、その傷の大きさを測ることで硬さを測定する、アナログな装置。でも、これがないとダメなのよねぇ。
以上。
最近、研究室のノートパソコンのHDDが死んだらしく、このHDDを交換して計測用のノートPCとして復活させる！という野望がある。問題は、そのようなレガシィ（遺産的＝死んだ）な通信規格を現代のパソコンで使用するにはどうすればいいのか？ということだ。
調べてみたら…意外とたくさん存在するのね。RS-232C←→USBとか、GPIBもUSBと変換できる。これは…！いける！デスクトップで使うボードとか、シリアルポートとかしか使ったこと無かったけども、ノートだと可搬性に優れた柔軟な計測が可能になるぞ。
計測プログラムなんて自作すればよろしい。VBでさらさらっと。
早速ケーブルを注文しなきゃ。
画像は「ビッカース硬度計」。試料にダイヤモンドで細かい傷をつけて、その傷の大きさを測ることで硬さを測定する、アナログな装置。でも、これがないとダメなのよねぇ。
以上。
2011年1月14日金曜日
理系人間のための英語勉強の基礎 第10回
今回は「長い名詞句」について。
英語長文では、しばしば以下のような「長い主語」や「長い目的語」が出てくる。
The woman with long hair whom I've known since 1989 named her baby who was born last week "Bob" which is the name she had ever loved.
（私が1989年から知り合いである髪の長い女性は、先週生まれた自分の赤ちゃんに、かつて好きだった”ボブ”という名前を付けた）
この文章の場合、
主語 ：The woman with long hair whom I've known since 1989
動詞 ：named
目的語：her baby who was born last week
補語 ："Bob" which is the name she had ever loved
の第5文型（SVOC）である。
率直に言って、こういう文章の「主語が何か」「目的語が何か」ならびに「補語が何か」ということを見分けるのは、相当の練習量が必要である。ただし、その練習とは「長文を読む」という練習ではないことを断言したい。
では、どういう練習が必要なのか？
それは「英作文」であると思う。自分で上記のような「長い主語」や「長い目的語」を含む文章を作ってみることである。もちろん、それ以前に基本的な文法（関係代名詞、現在分詞･過去分詞など）は必須であるが。
自分で英作文してみれば、書き手の気持ちが分かる。どういう文法上の決まりを使って、どういう文章を作るべきなのか、自分の頭で考えることによって、他人の文章も「ああ、こういうことを言いたいんだな」ということが理解できるようになる、そう思う。
長文が苦手、というお方。読む練習ばかりではなく、自分で英文を作ってみるという練習をしてはいかがだろうか？
具体的には、例えば長文問題集の「答え」に付記されている「日本語全訳」を、一旦自分で英語に再翻訳する。その自分で作った英文と、もとの問題文（英語）を見比べてみるのである。そして、自分の理解の及ばなかった言い回し、表現を少しずつ自分のものにしていく。単語は言うに及ばず、文法の練習にもなるし、何一つ悪いことがない。時間はかかるけれども。
かつて、自分もこういう練習をしたものだ。未だ完全な英文を作れるワケではないが、日々の努力によって、少しずつでも完全に近づきたいと思っている。
英作文や長文が苦手な皆様、だまされたと思ってやってみたらいかがだろう？
以上。
英語長文では、しばしば以下のような「長い主語」や「長い目的語」が出てくる。
The woman with long hair whom I've known since 1989 named her baby who was born last week "Bob" which is the name she had ever loved.
（私が1989年から知り合いである髪の長い女性は、先週生まれた自分の赤ちゃんに、かつて好きだった”ボブ”という名前を付けた）
この文章の場合、
主語 ：The woman with long hair whom I've known since 1989
動詞 ：named
目的語：her baby who was born last week
補語 ："Bob" which is the name she had ever loved
の第5文型（SVOC）である。
率直に言って、こういう文章の「主語が何か」「目的語が何か」ならびに「補語が何か」ということを見分けるのは、相当の練習量が必要である。ただし、その練習とは「長文を読む」という練習ではないことを断言したい。
では、どういう練習が必要なのか？
それは「英作文」であると思う。自分で上記のような「長い主語」や「長い目的語」を含む文章を作ってみることである。もちろん、それ以前に基本的な文法（関係代名詞、現在分詞･過去分詞など）は必須であるが。
自分で英作文してみれば、書き手の気持ちが分かる。どういう文法上の決まりを使って、どういう文章を作るべきなのか、自分の頭で考えることによって、他人の文章も「ああ、こういうことを言いたいんだな」ということが理解できるようになる、そう思う。
長文が苦手、というお方。読む練習ばかりではなく、自分で英文を作ってみるという練習をしてはいかがだろうか？
具体的には、例えば長文問題集の「答え」に付記されている「日本語全訳」を、一旦自分で英語に再翻訳する。その自分で作った英文と、もとの問題文（英語）を見比べてみるのである。そして、自分の理解の及ばなかった言い回し、表現を少しずつ自分のものにしていく。単語は言うに及ばず、文法の練習にもなるし、何一つ悪いことがない。時間はかかるけれども。
かつて、自分もこういう練習をしたものだ。未だ完全な英文を作れるワケではないが、日々の努力によって、少しずつでも完全に近づきたいと思っている。
英作文や長文が苦手な皆様、だまされたと思ってやってみたらいかがだろう？
以上。
2010年11月1日月曜日
事業仕分けに噛みついてみよう
さて、先日仰々しく「いよいよ、仕分け第3弾！」などと、バカの一つ覚えの如く声高らかに叫んだ「仕分け」という名の一方的な魔女裁判が行われたわけだ。とにかく、見ていて不愉快なので中継は見ていない。あとになってニュースで斜め読みするのであるが…。全く以て、この仕分け人諸氏の勉強不足には怒りを通り越して呆れ果てるばかりだ。
私は理系の人間なので、経済や政治、文芸や心理学などについては疎い。従って、これら分野については深く意見を言うことはできないし、何が正しくて何が間違っているのかを断言することはできない。同じようにこの仕分け人諸氏も結局は政治家。一部政治家と名乗ることができるかどうかも怪しい人物が混じってはいるが、一部の博学な御仁を除き、政治家に技術、開発分野について深い知識を持ち合わせている人はいない、と見るのが妥当であろう。その証拠に、ニュースにはこのような仕分け人のセリフが掲載されていた。
「温泉発電と地熱発電がどう違うのか」（亀井亜紀子参院議員）
発変電に関する初歩的な勉強をした者であれば、この違いは明確に答えられるであろう。しかし、このような基本的な知識もなく「仕分け人」とは笑止千万である。こんな口から出任せを世に向けて発したばかりに世間からは嘲笑され、専門家からはお前はそんなことも知らないの？とナメられるのが関の山であろう。恐らく、このカメちゃんは「同じ熱を利用しているのに、わざわざ温泉なんかで発電して何になるのか？同じ熱ならもっと熱いマグマを利用した方が良いんじゃないか？」程度にしか思ってないのだろう。つまり、発電に関する知識を何も持ち合わせていないくせに発電事業の仕分け！と声高らかに知識不足を露呈した挙げ句、全く見当外れな質問をして世間の嘲笑を買っている、全くおめでたい人たちだ。
地熱発電とは、言うまでもなく地下に存在するマグマを利用した発電である。しかし、マグマの熱を直接利用するわけではなく、マグマの熱を利用してお湯を沸かすのである。そして、地下から伸びたパイプを通して水を送り込み、別のパイプから蒸気を取り出しタービンにぶち当てる。言ってしまえば、化石燃料を利用して蒸気を発生させる火力発電と原理は何ら変わらないわけである。
しかし、温泉発電は蒸気を利用して発電を行うわけではない。こちらは熱をそのまま利用する発電方式である。ゼーベック効果という物理法則があり、ある特殊な素子（熱電素子という）の、例えば裏と表に温度差（例：裏→熱いお湯、表→寒い外気）が発生したとき、そこに電位差が生まれるという法則である。その逆現象にペルチェ効果というものがあり、こちらは電流を流すことにより特殊な素子（ペルチェ素子）の片側に熱、その逆側に冷気を発生させる効果のことである。温泉発電は、このような熱電素子を用いて電流を取り出す発電方式である。従って、システム自体が地熱発電とは全く異なっているのである。
温泉のわき出るときの蒸気を利用しているのではないか？と考えるお方も居られるかも知れない。しかし、温泉の蒸気は、火力発電のようなタービンには温度が低すぎて利用できない。そもそも温泉成分は、水の他に多量の不純物（温泉成分）を含むため、タービンのような「回りもの」に使うには、メンテナンス性を考慮すると不向きであろう。
火力発電に用いる蒸気は主に「乾燥蒸気」といい、水分を含まない蒸気である。「水なのに水分を含まないってどういうこと？」と疑問に思われるであろうが、ここでいう「水分」とは「液体状態の水」を指す。すなわち、100℃を超えていない液体状態の水分子の固まりのことである。従って「乾燥蒸気」とは、水分子がほぼ完全に気体となった状態の水蒸気のことで、その温度は驚くべきことに400〜500℃にもなるという。一般的に「水は100℃以上にはならない」という物理法則が広く知られている。小学生の理科の実験でも習う。しかしながら、ここで言う「水」とは「液体の水」を指すのであって「気体の水」には当てはまらない。なので、この法則は「『液体の』水は100℃以上にはならない」とするのが妥当であろう。ちなみにこの温度上昇には際限が無く、温度をさらに上げていくと水分子の構成原子である「水素」と「酸素」がバラバラに分解してしまう。この状態を「プラズマ」といい、一般的には「物質の第4態」という俗称で知られている。
結局、全く異なる2つの発電方式を混同している時点で「勉強不足」といわざるを得ないだろう。このような専門性の要求される討論には、専門家を招集するべきであると思う。今の政権与党はまことしやかな「人材不足」である。どのような者であれ、高い志を持って自らの使命に臨むことは大切なことであろう。だが、それが自分の知識の範疇を超えてしまうこと、能力の届かないところにある場合、潔く身を引き専門家に任せるのもまた肝心なことである。それが出来ないのならば、それはただの「身の程知らず」である。今の政権与党は、身の程もわきまえず何でも自分たちでやろうとして、やる事為す事ことごとく失敗している。そう、某柔道選手崩れの参議院議員や某タレント崩れの元グラビア（最近も国会内で撮影してたって意味不明）仕分け人のコイツらのことだ。何も出来やしないくせに、こんな連中に税金で給料が支払われていると思うと、そりゃあいけ好かない話である。某柔道選手崩れなんて、7月の参院選から今までやったことといえば、悪代官様との「柔道引退会見」くらいじゃないか？もう11月だぞ？議員歳費は月いくらだ？調べたら130万との事じゃないか。こんな何もしない人間に今まで500万以上って…。
とにかく、こんな無意味なパフォーマンスで「埋蔵金」など出てこないことははっきりしたわけだ。やめるのであれば、某国への政府開発援助（ODA）や、国内へのバラまき諸処であろう。灯台もと暗し。目の前が見えていない今の政権は、全く以て異常という他ない。
以上。
私は理系の人間なので、経済や政治、文芸や心理学などについては疎い。従って、これら分野については深く意見を言うことはできないし、何が正しくて何が間違っているのかを断言することはできない。同じようにこの仕分け人諸氏も結局は政治家。一部政治家と名乗ることができるかどうかも怪しい人物が混じってはいるが、一部の博学な御仁を除き、政治家に技術、開発分野について深い知識を持ち合わせている人はいない、と見るのが妥当であろう。その証拠に、ニュースにはこのような仕分け人のセリフが掲載されていた。
「温泉発電と地熱発電がどう違うのか」（亀井亜紀子参院議員）
発変電に関する初歩的な勉強をした者であれば、この違いは明確に答えられるであろう。しかし、このような基本的な知識もなく「仕分け人」とは笑止千万である。こんな口から出任せを世に向けて発したばかりに世間からは嘲笑され、専門家からはお前はそんなことも知らないの？とナメられるのが関の山であろう。恐らく、このカメちゃんは「同じ熱を利用しているのに、わざわざ温泉なんかで発電して何になるのか？同じ熱ならもっと熱いマグマを利用した方が良いんじゃないか？」程度にしか思ってないのだろう。つまり、発電に関する知識を何も持ち合わせていないくせに発電事業の仕分け！と声高らかに知識不足を露呈した挙げ句、全く見当外れな質問をして世間の嘲笑を買っている、全くおめでたい人たちだ。
地熱発電とは、言うまでもなく地下に存在するマグマを利用した発電である。しかし、マグマの熱を直接利用するわけではなく、マグマの熱を利用してお湯を沸かすのである。そして、地下から伸びたパイプを通して水を送り込み、別のパイプから蒸気を取り出しタービンにぶち当てる。言ってしまえば、化石燃料を利用して蒸気を発生させる火力発電と原理は何ら変わらないわけである。
しかし、温泉発電は蒸気を利用して発電を行うわけではない。こちらは熱をそのまま利用する発電方式である。ゼーベック効果という物理法則があり、ある特殊な素子（熱電素子という）の、例えば裏と表に温度差（例：裏→熱いお湯、表→寒い外気）が発生したとき、そこに電位差が生まれるという法則である。その逆現象にペルチェ効果というものがあり、こちらは電流を流すことにより特殊な素子（ペルチェ素子）の片側に熱、その逆側に冷気を発生させる効果のことである。温泉発電は、このような熱電素子を用いて電流を取り出す発電方式である。従って、システム自体が地熱発電とは全く異なっているのである。
温泉のわき出るときの蒸気を利用しているのではないか？と考えるお方も居られるかも知れない。しかし、温泉の蒸気は、火力発電のようなタービンには温度が低すぎて利用できない。そもそも温泉成分は、水の他に多量の不純物（温泉成分）を含むため、タービンのような「回りもの」に使うには、メンテナンス性を考慮すると不向きであろう。
火力発電に用いる蒸気は主に「乾燥蒸気」といい、水分を含まない蒸気である。「水なのに水分を含まないってどういうこと？」と疑問に思われるであろうが、ここでいう「水分」とは「液体状態の水」を指す。すなわち、100℃を超えていない液体状態の水分子の固まりのことである。従って「乾燥蒸気」とは、水分子がほぼ完全に気体となった状態の水蒸気のことで、その温度は驚くべきことに400〜500℃にもなるという。一般的に「水は100℃以上にはならない」という物理法則が広く知られている。小学生の理科の実験でも習う。しかしながら、ここで言う「水」とは「液体の水」を指すのであって「気体の水」には当てはまらない。なので、この法則は「『液体の』水は100℃以上にはならない」とするのが妥当であろう。ちなみにこの温度上昇には際限が無く、温度をさらに上げていくと水分子の構成原子である「水素」と「酸素」がバラバラに分解してしまう。この状態を「プラズマ」といい、一般的には「物質の第4態」という俗称で知られている。
結局、全く異なる2つの発電方式を混同している時点で「勉強不足」といわざるを得ないだろう。このような専門性の要求される討論には、専門家を招集するべきであると思う。今の政権与党はまことしやかな「人材不足」である。どのような者であれ、高い志を持って自らの使命に臨むことは大切なことであろう。だが、それが自分の知識の範疇を超えてしまうこと、能力の届かないところにある場合、潔く身を引き専門家に任せるのもまた肝心なことである。それが出来ないのならば、それはただの「身の程知らず」である。今の政権与党は、身の程もわきまえず何でも自分たちでやろうとして、やる事為す事ことごとく失敗している。そう、某柔道選手崩れの参議院議員や某タレント崩れの元グラビア（最近も国会内で撮影してたって意味不明）仕分け人のコイツらのことだ。何も出来やしないくせに、こんな連中に税金で給料が支払われていると思うと、そりゃあいけ好かない話である。某柔道選手崩れなんて、7月の参院選から今までやったことといえば、悪代官様との「柔道引退会見」くらいじゃないか？もう11月だぞ？議員歳費は月いくらだ？調べたら130万との事じゃないか。こんな何もしない人間に今まで500万以上って…。
とにかく、こんな無意味なパフォーマンスで「埋蔵金」など出てこないことははっきりしたわけだ。やめるのであれば、某国への政府開発援助（ODA）や、国内へのバラまき諸処であろう。灯台もと暗し。目の前が見えていない今の政権は、全く以て異常という他ない。
以上。
2010年7月26日月曜日
プラズマ再考 第5回
毎日暑いねぇ。
今日はまた30度超えていたみたいだが…。
夜になって雨が降り出し、雷も鳴り出した。
雷は代表的なプラズマである。
要するに、高電圧放電による空気のプラズマである。
雷のできるメカニズムは、
１：地表が暖められ、水蒸気ができる
２：水蒸気は、空に向かって上昇する
３：上昇すると温度が下がっていくから、水蒸気は氷の粒になる
４：大量に生じた氷の粒どうしが、摩擦によって電荷を蓄える
（下敷きをこすると静電気が生じるのと同じ）
５：溜まりに溜まった電荷が、より低い電位の場所（＝地上）へ移動しようとする
６：その電荷の移動の道筋が、稲妻となって現れる
７：大量の電気的エネルギーによって空気（大半は窒素）が電離し、光を放つ
８：電荷と空気との摩擦によって、轟音が発生する
プラズマとは、電離した状態の気体（液体の場合もあるが）を指すことは、何度かこの場で述べてきたが、雷がプラズマである由縁…それは上記「７」の通りである。
雷はいろいろな光を発しているが、多くは白〜ピンク色であって、一般的に表現されるような「きいろ」の光は発しない。
これは、空気の組成の大半を占める気体が窒素であって、放電エネルギーにもよるが、その窒素のプラズマは主に400nm付近の波長を示すからである。
白色光とは、いろいろな光が合わさった結果であり、またその電気的エネルギーの大小をも表す。つまり、強い雷は白く明るく、弱い雷は暗くピンク色なのである。
光のエネルギーは、プランク定数hを用いて、以下のように表される。
e=hν（eV）
左辺はエネルギー（eV）、右辺はプランク定数と光の振動数ν（Hz）の積である。
光の振動数は波長の逆数であるから、この式は波長が短ければ短いほど高エネルギーであることを示している。
ただし、これは単色光の場合であって、雷や日常生活で目にするほとんどの光が、たくさんの光の集合である。例外はトンネルに設置されているオレンジ色の光…ナトリウムランプや、赤･青･黄色などの単色LEDなどは、固有の波長を示す単色光である。
個人差は少なからずあるが、人間の目には、紫色である300nm付近から赤である800nm付近の波長までしか見えない。300nmを下回ると紫色の外の光…紫外線となり、800nmを上回ると赤色の外の光…赤外線となる。
赤外線をいくら浴びても暖かく感じるだけだが、紫外線を大量に浴びると危険と言われるのは、この紫外線のエネルギーが人間の皮膚にとって強すぎるからである。
雷は上空に高電位層、対して地上はアース（ゼロ電位）であるから、原理的には直流放電である。上空に電荷をたくさん詰め込んだコンデンサが直列にたくさんつながれていて、あるきっかけでそれが一気に放出されると考えればよい。
ところで、空気という気体（そんな気体分子は存在しないが）は、半導体業界では真空に次いで優秀な絶縁材料として捉えられている。多層LSIの層間絶縁膜は、空気（空隙と言うが）が理想的なのである。
そんな空気を一瞬にして絶縁破壊し、地上へと降り注ぐ稲妻は、想像を絶するような高エネルギーの固まりである。
上空と地上という不平等な電界により火花放電（Spark Discharge）が行われるわけだが、この放電によって放出される電子は、より導通し易い場所を選んで地上へと到達する。「背の高い人が危険」とか「木の下が危険」とか言われるのは、人体や木が空気と比較して電流を通しやすく、そしてより高い位置に存在している導体を選んで電流が流れるからである。
レーザーはさらに危険である。もし雷が鳴っているさなか、上空に向けてレーザー光線を発したら、たちまち雷は自分めがけて放電してくるだろう。逆に言えば、この性質を利用した避雷針（針じゃないけど）も存在する。
雷を目の当たりにしたとき、その光がより明るく、より白に近かったら「ああ、打たれたら死んじゃうな」と思えばいい。その前に、微弱な電流であれ、100mA程度の電流で人間は死に至るわけだが…。
電気って怖いわね。
以上。
今日はまた30度超えていたみたいだが…。
夜になって雨が降り出し、雷も鳴り出した。
雷は代表的なプラズマである。
要するに、高電圧放電による空気のプラズマである。
雷はもっとも身近な気体放電。
あ、雷様におへそとられちゃう。
雷のできるメカニズムは、
１：地表が暖められ、水蒸気ができる
２：水蒸気は、空に向かって上昇する
３：上昇すると温度が下がっていくから、水蒸気は氷の粒になる
４：大量に生じた氷の粒どうしが、摩擦によって電荷を蓄える
（下敷きをこすると静電気が生じるのと同じ）
５：溜まりに溜まった電荷が、より低い電位の場所（＝地上）へ移動しようとする
６：その電荷の移動の道筋が、稲妻となって現れる
７：大量の電気的エネルギーによって空気（大半は窒素）が電離し、光を放つ
８：電荷と空気との摩擦によって、轟音が発生する
プラズマとは、電離した状態の気体（液体の場合もあるが）を指すことは、何度かこの場で述べてきたが、雷がプラズマである由縁…それは上記「７」の通りである。
雷はいろいろな光を発しているが、多くは白〜ピンク色であって、一般的に表現されるような「きいろ」の光は発しない。
これは、空気の組成の大半を占める気体が窒素であって、放電エネルギーにもよるが、その窒素のプラズマは主に400nm付近の波長を示すからである。
この画像が全てではないが、
波長と色の関係はおおよそこの通り。
光には「輝度」というパラメータがあるため、
強い輝度の光はより明るく、弱ければその逆である。
白色光とは、いろいろな光が合わさった結果であり、またその電気的エネルギーの大小をも表す。つまり、強い雷は白く明るく、弱い雷は暗くピンク色なのである。
光の3原色は
「あか（R）」「みどり（G）」「あお（B）」である。
この3つの色の強度（輝度）を調整することにより、
原理的には全ての色の光線を表現することができる。
光のエネルギーは、プランク定数hを用いて、以下のように表される。
e=hν（eV）
左辺はエネルギー（eV）、右辺はプランク定数と光の振動数ν（Hz）の積である。
光の振動数は波長の逆数であるから、この式は波長が短ければ短いほど高エネルギーであることを示している。
ただし、これは単色光の場合であって、雷や日常生活で目にするほとんどの光が、たくさんの光の集合である。例外はトンネルに設置されているオレンジ色の光…ナトリウムランプや、赤･青･黄色などの単色LEDなどは、固有の波長を示す単色光である。
個人差は少なからずあるが、人間の目には、紫色である300nm付近から赤である800nm付近の波長までしか見えない。300nmを下回ると紫色の外の光…紫外線となり、800nmを上回ると赤色の外の光…赤外線となる。
赤外線をいくら浴びても暖かく感じるだけだが、紫外線を大量に浴びると危険と言われるのは、この紫外線のエネルギーが人間の皮膚にとって強すぎるからである。
雷は上空に高電位層、対して地上はアース（ゼロ電位）であるから、原理的には直流放電である。上空に電荷をたくさん詰め込んだコンデンサが直列にたくさんつながれていて、あるきっかけでそれが一気に放出されると考えればよい。
ところで、空気という気体（そんな気体分子は存在しないが）は、半導体業界では真空に次いで優秀な絶縁材料として捉えられている。多層LSIの層間絶縁膜は、空気（空隙と言うが）が理想的なのである。
そんな空気を一瞬にして絶縁破壊し、地上へと降り注ぐ稲妻は、想像を絶するような高エネルギーの固まりである。
上空と地上という不平等な電界により火花放電（Spark Discharge）が行われるわけだが、この放電によって放出される電子は、より導通し易い場所を選んで地上へと到達する。「背の高い人が危険」とか「木の下が危険」とか言われるのは、人体や木が空気と比較して電流を通しやすく、そしてより高い位置に存在している導体を選んで電流が流れるからである。
レーザーはさらに危険である。もし雷が鳴っているさなか、上空に向けてレーザー光線を発したら、たちまち雷は自分めがけて放電してくるだろう。逆に言えば、この性質を利用した避雷針（針じゃないけど）も存在する。
雷を目の当たりにしたとき、その光がより明るく、より白に近かったら「ああ、打たれたら死んじゃうな」と思えばいい。その前に、微弱な電流であれ、100mA程度の電流で人間は死に至るわけだが…。
電気って怖いわね。
以上。
2010年7月9日金曜日
プラズマ再考 第4回
さて、プラズマクラスターは、企業のHPだけの情報ではもはやよく分からないので、今回は身近にある「プラズマ」を探してみようと思う。
一番身近なプラズマは、何と言っても「蛍光灯」だろう。
ただし、蛍光灯の光自体がプラズマであるわけではなくて、プラズマによる非可視光の放出によって蛍光物質を光らせているわけである。
蛍光灯の両端には電極が付いている。ここで放電を発生させるわけだが、実は蛍光灯の管内には「水銀蒸気」が含まれている。この水銀を放電によってプラズマ化すると、紫外線が水銀原子から放出される。その紫外線が蛍光物質を光らせ、蛍光灯として室内を明るく照らし出す、と言う仕組みだ。
蛍光灯の内部には水銀蒸気だけでなく、アルゴンガスが封入されている。これは、水銀だけではプラズマ化されにくいため、アルゴンガスが一足先にプラズマ化することによってエネルギー密度を高め、水銀蒸気もプラズマ化されやすい環境を作っているのである。
水銀の紫外線で蛍光物質を光らせていることは分かった。では、なぜ敢えて「蛍光物質」というワンクッションを置いて光を作らなければいけないのか？プラズマの光で直接照らせばいいじゃん、と思われるかも知れない。
「光の3原色」と言う言葉をご存じだろうか？R=赤、G=緑、そしてB=青の3色の組み合わせによって、どんな色の光でも表現出来るという概念であるが、この3色を均等に混ぜ合わせると、白い光＝白色光線ができるのである。
プラズマによって放出される光というものは、気体の種類によって決まっており、その色は「波長（単位：nm）」で表される。水素だったら赤色（400〜650nm）、アルゴンなら紫色（300nm付近）、窒素だったらピンク（400〜500nm）である。300nm以下では紫外線、1000nm以上では赤外線になる。このように、気体の種類によって様々な色を放出する。逆に言えば、1種類の気体では、その色の光しか放出しないのである（厳密に言えば異なるのではあるが）。
白色光線にするには、どうしても3種類の光を混ぜ合わせる必要がある。しかし、1つの蛍光管の中に均等にそれらの気体を封入するのは、恐らく蛍光灯発明当時の技術では現実的ではなかったと思われる。また、実現出来たとしてもまぶしすぎて室内照明には向かなかったであろう。したがって、気体の混合によって白色を実現するよりは、はじめから白色光を放出する特性を持った蛍光物質を紫外線で光らせた方が簡単だし、白色以外の色も作りやすいからであろう。
ここ10年来で、車のヘッドライトが「ハロゲンライト」から「HID」へと変化した。HIDとは「High Intensity Discharge」の略で、日本語にすると「高明度放電」である。つまり、HIDとはライトとして有用な光の量を放出しうる放電形式の一つを言っているわけで、決してライトそのものを指しているわけではない。よって「HIDライト」と呼ぶのが正しい言い方であろう。
このHIDライトも、放電プラズマの応用例の一つである。よく「蛍光灯と同じような原理」というが、それは半分正解で半分ハズレである。白熱電球やハロゲンランプのような、フィラメントに電流を流し、そのジュール熱に伴う発光を利用したライトとは異なり、放電プラズマを利用した照明…と言う点では両者とも同様ではあるが、蛍光灯が上記のような原理による「間接的な照明器具」であるのに対し、HIDライトは「放電プラズマを直接照明に利用した照明器具」である。蛍光灯よりはネオンサインや写真用フラッシュ用放電管の原理に近い。
HID放電管の内部にはキセノンガスほか数種類の気体が封入されており、それらガスの波長の組み合わせによって白色光を得ることが可能である。ガスの混合具合によっては白色のほか、青っぽい光を得ることも可能となっている（青すぎると車検的には不適合であるが）。
照明として使われる2つのプラズマについて挙げてみた。次回は、照明でないプラズマについて。
以上。
一番身近なプラズマは、何と言っても「蛍光灯」だろう。
ただし、蛍光灯の光自体がプラズマであるわけではなくて、プラズマによる非可視光の放出によって蛍光物質を光らせているわけである。
蛍光灯の両端には電極が付いている。ここで放電を発生させるわけだが、実は蛍光灯の管内には「水銀蒸気」が含まれている。この水銀を放電によってプラズマ化すると、紫外線が水銀原子から放出される。その紫外線が蛍光物質を光らせ、蛍光灯として室内を明るく照らし出す、と言う仕組みだ。
蛍光灯の内部には水銀蒸気だけでなく、アルゴンガスが封入されている。これは、水銀だけではプラズマ化されにくいため、アルゴンガスが一足先にプラズマ化することによってエネルギー密度を高め、水銀蒸気もプラズマ化されやすい環境を作っているのである。
水銀の紫外線で蛍光物質を光らせていることは分かった。では、なぜ敢えて「蛍光物質」というワンクッションを置いて光を作らなければいけないのか？プラズマの光で直接照らせばいいじゃん、と思われるかも知れない。
「光の3原色」と言う言葉をご存じだろうか？R=赤、G=緑、そしてB=青の3色の組み合わせによって、どんな色の光でも表現出来るという概念であるが、この3色を均等に混ぜ合わせると、白い光＝白色光線ができるのである。
プラズマによって放出される光というものは、気体の種類によって決まっており、その色は「波長（単位：nm）」で表される。水素だったら赤色（400〜650nm）、アルゴンなら紫色（300nm付近）、窒素だったらピンク（400〜500nm）である。300nm以下では紫外線、1000nm以上では赤外線になる。このように、気体の種類によって様々な色を放出する。逆に言えば、1種類の気体では、その色の光しか放出しないのである（厳密に言えば異なるのではあるが）。
白色光線にするには、どうしても3種類の光を混ぜ合わせる必要がある。しかし、1つの蛍光管の中に均等にそれらの気体を封入するのは、恐らく蛍光灯発明当時の技術では現実的ではなかったと思われる。また、実現出来たとしてもまぶしすぎて室内照明には向かなかったであろう。したがって、気体の混合によって白色を実現するよりは、はじめから白色光を放出する特性を持った蛍光物質を紫外線で光らせた方が簡単だし、白色以外の色も作りやすいからであろう。
ここ10年来で、車のヘッドライトが「ハロゲンライト」から「HID」へと変化した。HIDとは「High Intensity Discharge」の略で、日本語にすると「高明度放電」である。つまり、HIDとはライトとして有用な光の量を放出しうる放電形式の一つを言っているわけで、決してライトそのものを指しているわけではない。よって「HIDライト」と呼ぶのが正しい言い方であろう。
このHIDライトも、放電プラズマの応用例の一つである。よく「蛍光灯と同じような原理」というが、それは半分正解で半分ハズレである。白熱電球やハロゲンランプのような、フィラメントに電流を流し、そのジュール熱に伴う発光を利用したライトとは異なり、放電プラズマを利用した照明…と言う点では両者とも同様ではあるが、蛍光灯が上記のような原理による「間接的な照明器具」であるのに対し、HIDライトは「放電プラズマを直接照明に利用した照明器具」である。蛍光灯よりはネオンサインや写真用フラッシュ用放電管の原理に近い。
HID放電管の内部にはキセノンガスほか数種類の気体が封入されており、それらガスの波長の組み合わせによって白色光を得ることが可能である。ガスの混合具合によっては白色のほか、青っぽい光を得ることも可能となっている（青すぎると車検的には不適合であるが）。
照明として使われる2つのプラズマについて挙げてみた。次回は、照明でないプラズマについて。
以上。
2010年7月8日木曜日
プラズマ再考 第3回
さて、前回はプラズマクラスターが放電によるもので、空気中の窒素、酸素、水分をプラズマによって電離させ、イオン粒子を発生させていると思われるというところまで書いた。
というわけで、当のシャープのホームページを今一度眺めてみることにしよう。
自然界にあるのと同じ+（プラス）と-（マイナス）のイオンをプラズマ放電により作り出し放出。浮遊ウイルスを抑制し、浮遊カビ菌/アレル物質/付着したニオイを分解・除去するシャープ独自の空中除菌技術が「プラズマクラスター」技術です。
「何」をイオン化しているのかが書いてないなぁ。そして「放出」と書いてあるが、通常気体中でのイオンの寿命は短い。イオン化した粒子は電気的に中性でないため不安定で、なるべく早く他の粒子と結合したがる。上記文章には陽イオンと陰イオンが同時に放出されるような印象を受けるが、そんなことをしたら一瞬にして双方が引き合い、元の分子を作ってしまうだろう。
考えるに…プラズマクラスターで重要なのは陽イオンよりも陰イオンで、もっと突き詰めれば「酸素を含む陰イオン」であろう。前回も書いたが、酸素は放電などによってイオン化すると活性化し、非常に不安定になる。なるべく他のシロモノとくっつきたがるのである。そこへ「浮遊カビ菌」「アレル物質」「付着したニオイ」などの有機物が近づいてくると、それらを酸化させ不活性化する…ということであろう。その辺りはこのサイト（株式会社サーマル）が詳しい。図ではオゾンと書いてあるが、水分と結合して水酸化物イオンを生成する反応は活性酸素と呼ばれるジャンルの粒子ならば共通であろう。
じゃあ、陽イオンは何のために生成されるの？
恐らく…ただの副生成物ではないだろうか？
次に、このような但し書きが書いてある。
当技術マークの数字は、高濃度プラズマクラスターイオン発生ユニット搭載のプラズマクラスターイオン発生機を壁際に置いて、風量最大運転時に適用床面積の部屋の中央付近（床上から高さ1.2m）の地点で測定した空中に吹き出される1cm3当たりのイオン個数の目安です。
え？何のこと？と思って「技術マークの数字」を見ると…「25000」と書いてある。この数字は信憑性があるのだろうか？
仮に酸素と窒素、水分が空気中に含まれていて、その空気を1立方センチメートルかき集めたときに含まれる気体の量を考えてみる。
飽和水蒸気量といわれる法則があり、気温によって空気中に含有出来る水の量が決まっている。夏は温度が高く、多量の水分を含むことができ、冬はその逆である。温度の上下によって「結露」という現象が起きる。冬の窓の家内部側に多量の水が付着するのは、この飽和水蒸気量が深く関係している。
室温を20℃と仮定し、湿度を50％とすると、この空気1立方メートル辺りの水の量は8.6[g]である。1[cm3]の空気では
8.6 x 0.000001[cm3] = 8.6 x 10E-6[g]
水分子の質量数が18であるから、おおよそ0.48 x 10E-6[mol]である。1molの分子数はアボガドロ数より6.02 x 10E23[個]と決まっているから、この場合、
(0.48 x 10E-6) x (6.02 x 10E23) = 2.88 x 10E17 [個]
しかし、一口に「放電」といっても形態は様々で、代表的なものを挙げると「グロー放電」「アーク放電」「コロナ放電」「火花放電」が挙げられる。同じような「放電」という名前が付いているが、放電形態はまるで異なる。しかしながら、空気の絶縁破壊を引き起こすような膨大なエネルギーの固まりであることは共通しているので、どの放電でもプラズマは発生しうる。
放電形態いろいろ。
左上から「グロー放電」「アーク放電」左下に行って「コロナ放電」「火花放電」。
グロー放電は半導体産業などで用いられる一般的な放電プラズマ、
アーク放電はアーク溶接などに応用される。
どちらもプラズマの持つ局所的エネルギーを利用したものである。
コロナ放電は電界が均一ではない場合に発生し、火花放電はそれら放電の断続的な形態である。
というわけで、当のシャープのホームページを今一度眺めてみることにしよう。
自然界にあるのと同じ+（プラス）と-（マイナス）のイオンをプラズマ放電により作り出し放出。浮遊ウイルスを抑制し、浮遊カビ菌/アレル物質/付着したニオイを分解・除去するシャープ独自の空中除菌技術が「プラズマクラスター」技術です。
「何」をイオン化しているのかが書いてないなぁ。そして「放出」と書いてあるが、通常気体中でのイオンの寿命は短い。イオン化した粒子は電気的に中性でないため不安定で、なるべく早く他の粒子と結合したがる。上記文章には陽イオンと陰イオンが同時に放出されるような印象を受けるが、そんなことをしたら一瞬にして双方が引き合い、元の分子を作ってしまうだろう。
考えるに…プラズマクラスターで重要なのは陽イオンよりも陰イオンで、もっと突き詰めれば「酸素を含む陰イオン」であろう。前回も書いたが、酸素は放電などによってイオン化すると活性化し、非常に不安定になる。なるべく他のシロモノとくっつきたがるのである。そこへ「浮遊カビ菌」「アレル物質」「付着したニオイ」などの有機物が近づいてくると、それらを酸化させ不活性化する…ということであろう。その辺りはこのサイト（株式会社サーマル）が詳しい。図ではオゾンと書いてあるが、水分と結合して水酸化物イオンを生成する反応は活性酸素と呼ばれるジャンルの粒子ならば共通であろう。
じゃあ、陽イオンは何のために生成されるの？
恐らく…ただの副生成物ではないだろうか？
次に、このような但し書きが書いてある。
当技術マークの数字は、高濃度プラズマクラスターイオン発生ユニット搭載のプラズマクラスターイオン発生機を壁際に置いて、風量最大運転時に適用床面積の部屋の中央付近（床上から高さ1.2m）の地点で測定した空中に吹き出される1cm3当たりのイオン個数の目安です。
え？何のこと？と思って「技術マークの数字」を見ると…「25000」と書いてある。この数字は信憑性があるのだろうか？
仮に酸素と窒素、水分が空気中に含まれていて、その空気を1立方センチメートルかき集めたときに含まれる気体の量を考えてみる。
飽和水蒸気量といわれる法則があり、気温によって空気中に含有出来る水の量が決まっている。夏は温度が高く、多量の水分を含むことができ、冬はその逆である。温度の上下によって「結露」という現象が起きる。冬の窓の家内部側に多量の水が付着するのは、この飽和水蒸気量が深く関係している。
飽和蒸気圧曲線。
温度が高ければ高いほど、空気は多くの水分を含むことができる。
中学校の科学で習う、初歩的な法則である。
室温を20℃と仮定し、湿度を50％とすると、この空気1立方メートル辺りの水の量は8.6[g]である。1[cm3]の空気では
8.6 x 0.000001[cm3] = 8.6 x 10E-6[g]
水分子の質量数が18であるから、おおよそ0.48 x 10E-6[mol]である。1molの分子数はアボガドロ数より6.02 x 10E23[個]と決まっているから、この場合、
(0.48 x 10E-6) x (6.02 x 10E23) = 2.88 x 10E17 [個]
通常の実験室レベルで得られる「弱電離プラズマ」の電離度（気体が電離する確率：リンク参照）は1/10000以下である。ただし、この場合は気体圧力、温度、電界密度など、様々な要素が異なってくるが、この際面倒だから電離度を1/10000としてしまうと…。
(2.88 x 10E17) x (1/10000) x 2 = 5.76 x 10E13[個]
2をかけてあるのは、H2Oの電離によってイオンが2つへ分かれるためである。
それにしても25000と比較するととっても少ないなぁ。放出過程でほとんどが結合して水分子へと戻っているからだろうか？まあ、少ない分には問題ないわけだ。電界密度を減らしてやれば、当然電離する確率は減少するわけだし、前述の通り放出されたらあっというまに逆の極性のイオンと結合しちゃうんだから。
ただ、活性酸素を放出するとしたら、人体にとってあまりよろしくないんじゃないか？とも思えてくる。その辺はどうなのだろう？それを考慮しての25000という数字なのだろうか？
基準が分からないから何とも言えん。
ちなみに、電離度が大きくなると、気体分子のほぼ全てが電離し「完全電離プラズマ」となる。身近な完全電離プラズマは「太陽」で、絶え間なくプラズマ核融合を起こしている。人類でプラズマ核融合を長時間達成した例は報告されていないが、トカマク型核融合炉である「ITER（イーター）」が実験炉として世界規模で開発･研究が進行している。
今日は以上。
2010年7月6日火曜日
プラズマ再考 第2回
さて、プラズマクラスターの続き。
プラズマクラスターと呼ばれる粒子の発生が放電によるものであるということは先に述べた通りである。つまり、何かをイオン化、ラジカル化させるには放電が一番手っ取り早い。しかし、他にもイオン化させる手段はたくさんある。
例を挙げれば水溶液中でナトリウムイオン（Na+）と塩化物イオン（Cl-）に分かれる塩化ナトリウム、水酸化ナトリウムも水溶液中で水酸化物イオン（OH-）とナトリウムイオン（Na+）に分かれる。水がイオン結合粒子であるNaClの結晶構造を分解し、溶解させるからである。
これらの「イオン化した何か」に共通することは「電気を流しやすい」という性質、また「不安定であるから何か他のものと結合したがる」という性質である。
イオン化した粒子は、それぞれの電荷（プラス･マイナス）を持っているため、その場に電位差が生じる（電圧をかける）と、自身が持つ電荷とは逆の方向に引かれていく。そして、電極まで到達したときに、負イオンならば自身の持っている電子を放出し、正イオンならば電子を受け取って、自身は別の粒子へと変化する。そのようにしてイオンが「キャリア（電子を運ぶ仲介役）」として働くため、電流が流れるのである。
純水は電気を通しにくいと言われているが、これは純水中にはイオンとなるべき粒子（主にミネラル類：ナトリウム･カルシウムなどのアルカリ土類金属元素類）が含まれていないため、キャリアとなるべきイオンが存在しないことによる。
しかし、純水であろうとも、放電によってイオン化させることができる。何故なら、放電は熱エネルギーなどと比べてエネルギーの密度が大きく、温度換算すると「炎」の2桁上を行くからである。電界によって生じたポテンシャル勾配によって、粒子（主に電子）がドリフトし、原子や分子をイオン化（電離ともいう）させることを「プラズマ化」という。
つまり、プラズマとは「気体分子が電離し、エネルギー密度が高くなった状態」のことである。「物質の第4態」と呼ばれるのは、固体より液体の方が内部エネルギーが高い状態である（粒子の運動が活発である）こと、また、液体より気体の方が（同上）…、そしてプラズマは気体がさらに活性化したものであるから「気体がさらに内部エネルギーを持った状態」ということから「第4態」と言われるのである。
陽イオンは＋（プラス）の電荷を持っているため、陰イオン（マイナスの電荷を持っている）と結合しやすい。この結合を「イオン結合」という。結合の仕方は他にもあって、電子を共有する「共有結合」が挙げられる。この2つの結合の仕組みは全く異なるものであるが、共通していることは「電子」が鍵を握っていることである。
所詮原子なんて「陽子」「中性子」を含む「原子核」、そしてその周囲を回っている「電子」の数で決まっているのである。そして化学反応とは、その周囲を回っている電子のやりとりのことである。
で、プラズマクラスターの話。
そのような不安定な状態のイオンが、果たして空気中でどのように存在し、どのような働きをするのだろう？
空気の組成は「窒素」「酸素」で9割以上を占め、残り数％を「二酸化炭素」「希ガス（アルゴン･ネオンなど）」などが占める。
特に「酸素（O2）」は、放電によって活性化し「オゾン（O3）」へと変化する。コピー機の周辺にいると、茶渋のような臭いがするときがあるが、コレがオゾンである。オゾンはフッ素に次ぐ強い酸化力を持ち、人体にとっては猛毒である。「酸化」とは「電子を放出する反応」のことであるから、オゾンが電子を放出し、自身は酸素へと戻っていく。
以上のように、酸素は自身の持つ酸化力のために、他の物質を不活性化させる作用がある。よって、プラズマクラスターは、放電によって空気や空気中の水を分解、イオン化させ、活性酸素（OH-やO3）を発生させ、それによって空気中の雑菌やウィルス（両方とも有機生命体）を不活性化させているのではないか…？と考えられる。
となると、活性酸素は決して放出されているわけではなく、取り込んだ空気に対して放電を行っていることになるのか？
それだったら、放電で直接空気を清浄化させた方が早いと思うんだけども…？
う〜ん、考えれば考えるほど分からなくなっていく。
とりあえず今日は以上。
プラズマクラスターと呼ばれる粒子の発生が放電によるものであるということは先に述べた通りである。つまり、何かをイオン化、ラジカル化させるには放電が一番手っ取り早い。しかし、他にもイオン化させる手段はたくさんある。
例を挙げれば水溶液中でナトリウムイオン（Na+）と塩化物イオン（Cl-）に分かれる塩化ナトリウム、水酸化ナトリウムも水溶液中で水酸化物イオン（OH-）とナトリウムイオン（Na+）に分かれる。水がイオン結合粒子であるNaClの結晶構造を分解し、溶解させるからである。
「塩化ナトリウム」の構造。
紫色がナトリウム、緑色が塩素である。
これを水に溶かすと粒子がバラバラになり、イオン化する。
出典：Wikipedia
これらの「イオン化した何か」に共通することは「電気を流しやすい」という性質、また「不安定であるから何か他のものと結合したがる」という性質である。
イオン化した粒子は、それぞれの電荷（プラス･マイナス）を持っているため、その場に電位差が生じる（電圧をかける）と、自身が持つ電荷とは逆の方向に引かれていく。そして、電極まで到達したときに、負イオンならば自身の持っている電子を放出し、正イオンならば電子を受け取って、自身は別の粒子へと変化する。そのようにしてイオンが「キャリア（電子を運ぶ仲介役）」として働くため、電流が流れるのである。
塩化ナトリウムのイオン化と電流について。
イオン化した粒子は、自身の電荷と逆の極性に向かって移動する。
陰イオンは電子を放出し、陽イオンは電子を受け取ることで電流が流れる。
純水は電気を通しにくいと言われているが、これは純水中にはイオンとなるべき粒子（主にミネラル類：ナトリウム･カルシウムなどのアルカリ土類金属元素類）が含まれていないため、キャリアとなるべきイオンが存在しないことによる。
「エビアン」のラベル。
表示に記載されている「ナトリウム」「カルシウム」などが
キャリアとなる存在。
しかし、純水であろうとも、放電によってイオン化させることができる。何故なら、放電は熱エネルギーなどと比べてエネルギーの密度が大きく、温度換算すると「炎」の2桁上を行くからである。電界によって生じたポテンシャル勾配によって、粒子（主に電子）がドリフトし、原子や分子をイオン化（電離ともいう）させることを「プラズマ化」という。
つまり、プラズマとは「気体分子が電離し、エネルギー密度が高くなった状態」のことである。「物質の第4態」と呼ばれるのは、固体より液体の方が内部エネルギーが高い状態である（粒子の運動が活発である）こと、また、液体より気体の方が（同上）…、そしてプラズマは気体がさらに活性化したものであるから「気体がさらに内部エネルギーを持った状態」ということから「第4態」と言われるのである。
プラズマ化した水素（左）とハロゲン化合物（右）。
内部は正イオン、負イオン、ラジカル、気体分子、電子の入り乱れた
複雑な気相状態である。
陽イオンは＋（プラス）の電荷を持っているため、陰イオン（マイナスの電荷を持っている）と結合しやすい。この結合を「イオン結合」という。結合の仕方は他にもあって、電子を共有する「共有結合」が挙げられる。この2つの結合の仕組みは全く異なるものであるが、共通していることは「電子」が鍵を握っていることである。
所詮原子なんて「陽子」「中性子」を含む「原子核」、そしてその周囲を回っている「電子」の数で決まっているのである。そして化学反応とは、その周囲を回っている電子のやりとりのことである。
で、プラズマクラスターの話。
そのような不安定な状態のイオンが、果たして空気中でどのように存在し、どのような働きをするのだろう？
空気の組成は「窒素」「酸素」で9割以上を占め、残り数％を「二酸化炭素」「希ガス（アルゴン･ネオンなど）」などが占める。
特に「酸素（O2）」は、放電によって活性化し「オゾン（O3）」へと変化する。コピー機の周辺にいると、茶渋のような臭いがするときがあるが、コレがオゾンである。オゾンはフッ素に次ぐ強い酸化力を持ち、人体にとっては猛毒である。「酸化」とは「電子を放出する反応」のことであるから、オゾンが電子を放出し、自身は酸素へと戻っていく。
酸素のアイソトープ（同位体）であるオゾンの構造。
酸素は通常2つの対で一つの分子を成すが、
高エネルギー状態にさらされると3原子によるオゾンが発生する。
地球を紫外線から守るファイアウォールとしての役割で知られ、
ポジティブなイメージを持つが、人体には猛毒である。
出典：Wikipediaより
以上のように、酸素は自身の持つ酸化力のために、他の物質を不活性化させる作用がある。よって、プラズマクラスターは、放電によって空気や空気中の水を分解、イオン化させ、活性酸素（OH-やO3）を発生させ、それによって空気中の雑菌やウィルス（両方とも有機生命体）を不活性化させているのではないか…？と考えられる。
となると、活性酸素は決して放出されているわけではなく、取り込んだ空気に対して放電を行っていることになるのか？
それだったら、放電で直接空気を清浄化させた方が早いと思うんだけども…？
う〜ん、考えれば考えるほど分からなくなっていく。
とりあえず今日は以上。
2010年7月1日木曜日
プラズマ再考 第1回
「プラズマ」という言葉から、どのようなものを想像するだろうか？
初対面の人に自己紹介したとき、必ず「プラズマの研究をやっていたんですよー」ということにしている。そうやって、世の中の「プラズマ」に対するイメージを探っているのである。
最近は「テレビの研究ですか？」と言われることが多い。まぁ…確かにプラズマテレビというものもあるが、あれは光源としてプラズマを利用しているに過ぎない。もっと言えば、放電によるキセノンプラズマが紫外線に反応するRGB蛍光体を光らせ、映像として表現しているのである。原理としてはCRTに似ている。
また、最近は「プラズマクラスター」なる空気清浄機が登場した。「クラスター」とは、簡単に言えば「原子がおだんご状に集合した分子」を差し、炭素がサッカーボール状に60個結合したC60カーボンクラスター（フラーレン）が有名である。
この製品が「プラズマ」…という名を冠するからには、放電または熱、レーザーなど、外部のエネルギーをナニモノかに付加することにより、そのナニモノかをプラズマ化し放出しているのであろうが…。まあ、その「ナニモノ」は「水」以外の何物でもないのであろうが。
中学校では「水の電気分解」を習う。この「分解」という反応は「結合」という反応の逆反応で、水を水素イオン（1価の正イオン）と水酸化物イオン（1価の陰イオン）に分解し、水素イオンが電子を受け取ることによって水素分子（H2）が発生し、水酸化物イオンは再び水分子の戻るものと酸素原子になるものがあり、その結果酸素が発生する…という反応であった。
その分解エネルギーは「電気」からもらっているわけで、プラズマというのは、その「電気分解」の延長線上だと思えばいい。熱、光、電気、レーザーなどのエネルギーを得て物質が気体からイオン化することを「プラズマ化する」と言うが、恐らく「プラズマクラスター」なるものは、この電気エネルギーを利用して水をプラズマ化し、放出している…と考えられる。
しかし、ここで疑問があがる。
イオン化した原子･分子は非常に不安定で、放出したら「あっという間」に他の物質と反応し、別の何かを作り出すはずである。問題はその「放出後の寿命」で、空気中に放出したとき、一体どれだけの時間空気中に存在することができるのか？
そもそも上の絵の「プラズマクラスターイオン」なるものはどういう仕組みで作られるものなのか？
うーん、分からないので、また明日調べることにしようと思う。
以上。
初対面の人に自己紹介したとき、必ず「プラズマの研究をやっていたんですよー」ということにしている。そうやって、世の中の「プラズマ」に対するイメージを探っているのである。
最近は「テレビの研究ですか？」と言われることが多い。まぁ…確かにプラズマテレビというものもあるが、あれは光源としてプラズマを利用しているに過ぎない。もっと言えば、放電によるキセノンプラズマが紫外線に反応するRGB蛍光体を光らせ、映像として表現しているのである。原理としてはCRTに似ている。
CRT（Cathode Ray Tube）の構造。
左側、黄色い四角で表された電子銃から電子を放出し、
スクリーンに到達するまでの間に電界がかかっており、
その電界で電子の向きをコントロールする。
その電子はスクリーンに当たることによって蛍光体を光らせ、色を表現する。
PDP（Plasma Display Panel）の構造。
電子銃こそ存在しないが「セル」と呼ばれる小さな箱の中に電極、キセノンガス、
RGBの蛍光体が封入されており、RGB蛍光体は小部屋に仕切られている
任意の色の部屋でプラズマを発生させることにより、
その色を光らせることができる。
また、最近は「プラズマクラスター」なる空気清浄機が登場した。「クラスター」とは、簡単に言えば「原子がおだんご状に集合した分子」を差し、炭素がサッカーボール状に60個結合したC60カーボンクラスター（フラーレン）が有名である。
この製品が「プラズマ」…という名を冠するからには、放電または熱、レーザーなど、外部のエネルギーをナニモノかに付加することにより、そのナニモノかをプラズマ化し放出しているのであろうが…。まあ、その「ナニモノ」は「水」以外の何物でもないのであろうが。
プラズマクラスターとは、
正イオンの周りを水分子が取り囲む構造をしているらしい。
中学校では「水の電気分解」を習う。この「分解」という反応は「結合」という反応の逆反応で、水を水素イオン（1価の正イオン）と水酸化物イオン（1価の陰イオン）に分解し、水素イオンが電子を受け取ることによって水素分子（H2）が発生し、水酸化物イオンは再び水分子の戻るものと酸素原子になるものがあり、その結果酸素が発生する…という反応であった。
その分解エネルギーは「電気」からもらっているわけで、プラズマというのは、その「電気分解」の延長線上だと思えばいい。熱、光、電気、レーザーなどのエネルギーを得て物質が気体からイオン化することを「プラズマ化する」と言うが、恐らく「プラズマクラスター」なるものは、この電気エネルギーを利用して水をプラズマ化し、放出している…と考えられる。
しかし、ここで疑問があがる。
イオン化した原子･分子は非常に不安定で、放出したら「あっという間」に他の物質と反応し、別の何かを作り出すはずである。問題はその「放出後の寿命」で、空気中に放出したとき、一体どれだけの時間空気中に存在することができるのか？
そもそも上の絵の「プラズマクラスターイオン」なるものはどういう仕組みで作られるものなのか？
うーん、分からないので、また明日調べることにしようと思う。
以上。
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