(57)【要約】  化学的、微生物学的汚染物質の除染のための中空陰極源汚染物質除去装置が開示される。この装置は、汚染化学物質および微生物を単純な副生成物に分解するためのプラズマを発生するための中空陰極源（ＨＣＳ）を有する。副生成物はＨＣＳの内表面に捕獲される。この装置は、空気あるいはガス流だけでなく物体の表面から汚染化学物質および微生物を除去することを可能とする。この装置の運転方法も開示される。
2009506881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体中に配置された中空陰極源および前記中空陰極源から隔離された陽極を含むプラズマ発生器と、
前記プラズマ発生器に接続される電力源と、前記中空陰極の内側空間内にプラズマを生成するのに適した搬送ガスを供給する搬送ガス供給手段と、
前記搬送ガス供給手段から前記中空陰極の内側空間に延伸し、搬送ガスを含む第１のガス流を導く搬送ガスチューブと、
汚染ガスを含む汚染ガス源と、
前記汚染ガス源と連通し、汚染ガスを含む第２のガス流を前記第１のガス流に導くための汚染ガスチューブと、
前記筐体の内側空間に連通し、前記プラズマ発生器から再生ガスを排出するガス排出口と、を含む汚染物質除去装置。
【請求項２】
汚染ガスが、少なくとも１つの化学的汚染物質、少なくとも１つの揮発性有機化合物および少なくとも１つの微生物の１つまたは複数を含むものである請求項１に記載の汚染物質除去装置。
【請求項３】
前記汚染物質除去装置が空気清浄装置であり、汚染ガス源が建物あるいは室であり、汚染ガスが前記建物あるいは室から排出される汚染ガスである請求項１に記載の汚染物質除去装置。
【請求項４】
前記汚染物質除去装置が工業的プロセス用の排気ガス浄化装置であり、汚染ガス源が工業的プロセスで使用される装置であり、汚染ガスが工業的プロセスによって生成されるものである請求項１に記載の汚染物質除去装置。
【請求項５】
搬送ガスチューブと汚染ガスチューブとが互いに選択的に結合する別個のチューブであり、汚染ガスが第２のガス流として搬送ガスチューブに導入される請求項１に記載の汚染物質除去装置。
【請求項６】
搬送ガスチューブと汚染ガスチューブとが同一のチューブであり、搬送ガスが汚染ガスを含むものである請求項１に記載の汚染物質除去装置。
【請求項７】
前記汚染物質除去装置が自動車用の排気装置であり、プラズマ発生器が触媒コンバータであり、搬送ガス供給手段が自動車のエンジンであり、搬送ガスがエンジンの排気ガスである請求項６に記載の汚染物質除去装置。
【請求項８】
中空陰極の内部空間とオリフィスを介して接続され量子質量分析計を格納する質量分析容器と、
質量分析のために量子質量分析計に分子を供給するために設置されたターボ分子ポンプと、を含む請求項１に記載の汚染物質除去装置。
【請求項９】
筐体中に配置された中空陰極源および前記中空陰極源から隔離された陽極を含むプラズマ発生器と、
前記プラズマ発生器に接続される電力源と、
前記中空陰極の内側空間内にプラズマを生成するのに適した搬送ガスを供給する搬送ガス供給手段と、
前記搬送ガス供給手段から前記中空陰極の内側空間に延伸し、搬送ガスから成る第１のガス流を導く搬送ガスチューブと、
前記筐体の内側空間に連通し、前記プラズマ発生器からガスを排出するガス排出口と、
前記中空陰極源内部に配置され、プラズマに曝すことにより除染されるために配置され、化学的汚染物質、揮発性有機合成物および微生物の少なくとも１つによって汚染された汚染物体と、を含む汚染物質除去装置。
【請求項１０】
筐体中に配置された中空陰極源および前記中空陰極源から隔離された陽極を含むプラズマ発生器を準備する段階と、
前記プラズマ発生器を電力源で駆動する段階と、
前記中空陰極の内側空間にプラズマを生成するために前記中空陰極の内側空間に搬送ガスを供給する段階と、
前記内側空間に汚染ガスを供給し、前記汚染ガスを再生ガスと副生成物に分解するために前記汚染ガスをプラズマ中を通過させる段階と、
前記再生ガスをプラズマ発生器から取り除く段階と、を含む汚染物質除去方法。
【請求項１１】
中空陰極の内表面に前記副生成物を捕獲する段階を含む請求項１０に記載の汚染物質除去方法。
【請求項１２】
前記内部空間の圧力が前記プラズマの生成を中断するレベルに低下するまで、前記内部表面に前記副生成物を蓄積することを許容する請求項１１に記載の汚染物質除去方法。
【請求項１３】
プラズマ発生の中断に引き続き、前記内部空間内の前記圧力がプラズマ生成を開始するのに十分な高レベルに上昇することを許容する請求項１２に記載の汚染物質除去方法。
【請求項１４】
前記汚染ガスが化学的汚染物質、揮発性有機化合物および微生物から成るグループの薬品を含む請求項１０に記載の汚染物質除去方法。
【請求項１５】
搬送ガスおよび汚染ガスが、互いに選択的に結合する別個の搬送ガスチューブおよび汚染ガスチューブを介して別個の容器から供給される請求項１０に記載の汚染物質除去方法。
【請求項１６】
搬送ガスが、汚染ガスを含む容器から供給され、搬送ガスおよび汚染ガスが共通のチューブを介して前記容器から中空陰極の内部空間に供給される請求項１０に記載の汚染物質除去方法。
【請求項１７】
筐体中に配置された中空陰極源および前記中空陰極源から隔離された陽極を含むプラズマ発生器を準備する段階と、
表面が化学的汚染物質、揮発性有機合成物および微生物の少なくとも１つの薬品によって汚染された物体を中空陰極の中に配置する段階と、
前記プラズマ発生器を電力源で駆動する段階と、
前記中空陰極の内側空間にプラズマを生成するために前記中空陰極の内側空間に搬送ガスを供給する段階と、
前記薬品を副生成物に分解するために、前記物体の表面を前記プラズマに曝す段階と、
前記再生ガスをプラズマ発生器から取り除く段階と、を含む汚染物質除去方法。
【請求項１８】
中空陰極の内表面に前記副生成物を捕獲する段階を含む請求項１７に記載の汚染物質除去方法。
【請求項１９】
前記内部空間の圧力が前記プラズマの生成を中断するレベルに低下するまで、前記内部表面に前記副生成物を蓄積することを許容する請求項１８に記載の汚染物質除去方法。
【請求項２０】
プラズマ発生の中断に引き続き、前記内部空間内の前記圧力がプラズマ生成を開始するのに十分な高レベルに上昇することを許容する請求項１９に記載の汚染物質除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、空中の化学的あるいは生物工学的汚染物質の除染に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学的および生物学的薬品の除去に対して非熱的なプラズマ装置を使用することは公知である。例えば、汚染物質除去のための非熱的大気プラズマに対する展望は、異なる非熱的プラズマ技術の概観を提供する。「汚染物質除去のための非熱的大気プラズマに対する展望」（R. McAdams, AEA Technology, Cutham Science Centre, Abingdon, Oxfordshire 0X14 3ED, UK 3. Phys. D: Appl. Phys. 34 (2001), pp. 2810-2821）を参照のこと。非熱的プラズマにおいて、電子はイオン、原子および分子に比較して非常に高い温度を有する。McAdamsの論文は、含まれる技術および多様な可能性のある応用分野について概観している。これらの大気プラズマに関する一般的な記述およびこれらプラズマ中で発生する過程の性質が異なるプラズマ技術の数例を与えるということに基づくガス中の汚染物質の破壊または除去に含まれる基本原理が、記述されている。記述された技術は、パルス化されたコロナ、超短波および誘電体バリアプラズマ技術を含んでいる。様々な応用分野におけるそれらの適合性および用途も議論されており、焼却炉排出ガスの処理、工場排出ガスの処理およびディーゼル排気ガスの後処理も含んでいる。
【０００３】
H. W. Herrmann, I. Henins, J. ParkおよびG. S. Selwynは、化学兵器を中性化するための大気加圧プラズマジェットを開示した。Herrmann等によれば、大気加圧プラズマジェット（ＡＰＰＪ）は、高い反応性化学種の高速流を生成する非熱的、高圧、均一吹き出しプラズマ流である。この流れは、外側の接地された筒状の電極と１３．５６メガヘルツで給電される内側中心電極との間を流れる搬送ガス（即ちHe / O2 / H2O!）に作用する。プラズマを通過する間に、搬送ガスは、電子衝撃により、励起され、解離され、イオン化される。いったん、ガスが流出空間を出ると、イオンおよび電子は再結合により急速に失われるが、高速流は依然として中性の準安定な種（即ちO2, He*）およびラジカル（即ちO, OH）を含んでいる。この反応性の流れは、炭疽菌およびマスタード火膨れの薬品の代わりの効果的な中和剤であることが証明されている。「大気加圧プラズマジェット（ＡＰＰＪ）を利用した化学的および生物学的な戦争（ＣＢＷ）薬品の除去」H. W. Herrmann, I. Henins, J. Park, and G. S. Selwyn, Physics Division, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, New Mexico 87545, Physics of Plasmas, 6, 2284 (1999)参照。
【０００４】
さらに、ペルフルオロ化合物の除去に対する超短波プラズマを使用した処理は、実験的に発明された。この処理のためのプラズマ装置は、窒素N2および４フッ化炭素CF4を含む人工のガス混合物内で、加圧大気下２．４５ギガヘルツで操作される。この処理のペルフルオロ化合物の破壊および除去効率は、全ガス流量および４フッ化炭素の含有量に大きく依存することが判明している。４フッ化炭素の９８％以上の破壊および除去効率は、毎分１６リットルの全ガス流量において１．９キロワットの超短波電力を使用することによって達成される。「４フッ化炭素のプラズマ除去を惹起する下２．４５ギガヘルツ超短波の研究」（Marilena Radoui, BOC Edwards, Exhaust Gas Management, Kenn Business Park, Kenn Road, BS21 6TH Clevedon, U.K., Environ. Sci. Technol. 2003, 37, 3985- 3988参照）。
【０００５】
上述した論文に開示されたような、従来のプラズマに基づいた化学的および生物学的な物質除去装置は、概して複雑である。さらに、このような装置は、高電圧発電機を必要とする。従って、公知のプラズマを使用した汚染物質除去装置および方法よりも複雑でなく、かつ、高価でない化学的、生物学的汚染物質を除去するための装置および方法を提供することが望まれる。さらに、公知の装置および方法よりも低い電力消費量の化学的および生物学的物質の除去のための装置および処理を提供することが望まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、化学的および生物学的汚染物質の除去のための装置および方法に関する。この装置および方法は、薬物および微生物を副生成物に破壊し、副生成物をプラズマ発生器の中に捕獲する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの実施例によれば、汚染物質除去装置は、筐体中に配置された中空陰極源および前記中空陰極源から隔離された陽極を含むプラズマ発生器と、前記プラズマ発生器に接続される電力源と、前記中空陰極の内側空間内にプラズマを生成するのに適した搬送ガスを供給する搬送ガス供給手段と、前記搬送ガス供給手段から前記中空陰極の内側空間に延伸し、搬送ガスを含む第１のガス流を導く搬送ガスチューブと、汚染ガスを含む汚染ガス源と、前記汚染ガス源と連通し、汚染ガスを含む第２のガス流を前記第１のガス流に導くための汚染ガスチューブと、前記筐体の内側空間に連通し、前記プラズマ発生器から再生ガスを排出するガス排出口と、を含む。
【０００８】
搬送ガスチューブおよび汚染ガスチューブは、汚染ガスが第２のガス流として汚染ガスチューブから搬送ガスチューブに導入される場合には、選択的に相互に連通する別のガスチューブであってもよい。代案として、搬送ガスチューブおよび汚染ガスチューブは、搬送ガスが汚染ガスを含む場合には、同一のガスチューブであってもよい。
【０００９】
他の実施形態によれば、汚染物質除去装置は、筐体中に配置された中空陰極源および前記中空陰極源から隔離された陽極を含むプラズマ発生器と、前記プラズマ発生器に接続される電力源と、前記中空陰極の内側空間内にプラズマを生成するのに適した搬送ガスを供給する搬送ガス供給手段と、前記搬送ガス供給手段から前記中空陰極の内側空間に延伸し、搬送ガスから成る第１のガス流を導く搬送ガスチューブと、前記筐体の内側空間に連通し、前記プラズマ発生器からガスを排出するガス排出口と、前記中空陰極源内部に配置され、プラズマに曝すことにより除染されるために配置され、化学的汚染物質、揮発性有機合成物および微生物の少なくとも１つによって汚染された汚染物体と、を含む。
【００１０】
さらなる実施例は、ガスおよび表面を徐染する方法に関する。１つの実施例によれば、ガスを除染する方法は、筐体中に配置された中空陰極源および前記中空陰極源から隔離された陽極を含むプラズマ発生器を準備する段階と、前記プラズマ発生器を電力源で駆動する段階と、前記中空陰極の内側空間にプラズマを生成するために前記中空陰極の内側空間に搬送ガスを供給する段階と、前記内側空間に汚染ガスを供給し、前記汚染ガスを再生ガスと副生成物に分解するために前記汚染ガスをプラズマ中を通過させる段階と、前記再生ガスをプラズマ発生器から取り除く段階と、を含む。
【００１１】
他の実施例によれば、汚染ガスを除染する方法は、筐体中に配置された中空陰極源および前記中空陰極源から隔離された陽極を含むプラズマ発生器を準備する段階と、前記プラズマ発生器を電力源で駆動する段階と、前記中空陰極の内側空間にプラズマを生成するために前記中空陰極の内側空間に少なくとも１つの汚染物質を含む搬送ガスを供給する段階と、前記少なくとも１つの汚染物質を副生成物に分解するために前記少なくとも１つの汚染物質を前記プラズマ中を通過させ、前記搬送ガスを再生する段階と、前記再生ガスをプラズマ発生器から取り除く段階と、を含む。
【００１２】
さらにもう１つの実施例によれば、汚染物質を除染する方法は、筐体中に配置された中空陰極源および前記中空陰極源から隔離された陽極を含むプラズマ発生器を準備する段階と、表面が化学的汚染物質、揮発性有機合成物および微生物の少なくとも１つの薬品によって汚染された物体を中空陰極源の中に配置する段階と、前記プラズマ発生器を電力源で駆動する段階と、前記中空陰極の内側空間にプラズマを生成するために前記中空陰極の内側空間に搬送ガスを供給する段階と、前記薬品を副生成物に分解するために、前記物体の表面を前記プラズマに曝す段階と、前記再生ガスをプラズマ発生器から取り除く段階と、を含む。
【００１３】
本発明のさらなる利点は、以下の記述および図面から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、中空陰極源プラズマ発生器１１０を含む汚染物質除染装置を示す。このプラズマ発生器は、筐体１０２内に格納される中空陰極源（ＨＣＳ）１１２と、絶縁体１１６によってＨＣＳ１１２から軸方向に隔離され、絶縁された陽極１１４とを含む。ＨＣＳ１１２は電力源１６０に接続され、陽極１１４は電気的に接地されており、冷却水管１２０が、ＨＣＳ１１２の周囲に配置されている。筐体１０２は、ＨＣＳ１１２の内部以上の表面でのプラズマ形成を避けるために大気からＨＣＳ１１２を電気的に絶縁する。
【００１５】
搬送ガスチューブ１３０は、筐体１０２を貫通して搬送ガス供給手段１３６からＨＣＳ１１２の内部空間１０４へと延伸している。搬送ガスチューブ１３０は、プラズマ発生器１１０中にプラズマを発生させるのに適した空気あるいは他のガスを含んでいてもよい搬送ガス流２を運搬する。搬送ガスは、搬送ガス供給手段１３６から搬送ガス供給チューブ１３０を介してポンプ１３８あるいは他の適当な装置によって供給される。装置は、さらに汚染物質源１４６を含んでいる。汚染物質源１４６は、汚染化学合成物、揮発性有機合成物あるいは微生物を含む１つあるいは複数のガスを含んでいてもよい。汚染物質供給チューブ１４０は、汚染物質源１４６と搬送ガス供給チューブ１３０とを接続し、汚染物質源１４６から汚染ガス流４を搬送する。ポンプあるいは他の送出装置１４８が、汚染物質供給チューブ１４０を介して汚染ガス流４を供給するために供えられていてもよい。装置１００は、さらに筐体１０２の内部空間１０７から延伸するガス排出チューブ１５０を備えていてもよい。ガス排出チューブ１５０は、無害の再生ガス６を内部空間１０７から排出することを可能とする。搬送ガス供給チューブ１３０、汚染物質供給チューブ１４０およびガス排出チューブ１５０は、バルブ１３２、１４２および１５２、ならびに、陰極内部空間１０４を所定の圧力に維持するための関連制御装置を備えていてもよい。
【００１６】
装置１００の運転中は、プラズマ発生器１１０は電力供給を受け、搬送ガス流２は搬送ガスチューブ１３０を介してＨＣＳ１１２の内部空間１０４に供給され、周知の方法で内部空間１０４にプラズマを発生する。搬送ガス流２は搬送ガスチューブ１３０を介して流れるので、汚染ガス流４は、汚染ガス供給チューブ１４０を介して搬送ガスチューブ１３０内に供給される。汚染ガス流４は、搬送ガスチューブ１３０内で搬送ガス流２と混合する。従って、汚染ガス流４はＨＣＳ１１２の中に導入され、そこでプラズマと作用し合う。プラズマ発生器は、内部空間１０４中で１ミリトール以下の圧力で操作され得る。従って、汚染物質ガス流４および搬送ガス流の圧力も、１ミリトール以下である。
【００１７】
汚染ガス流４はプラズマを貫通するので、プラズマは汚染ガス流４中の汚染化学合成物、揮発性有機合成物（ＶＯＣ）あるいは微生物を分解する。汚染化学合成物、ＶＯＣあるいは微生物は一酸化炭素、酸素、二酸化炭素および水のような副生成廃棄物中に分解される。副生成廃棄物はガスから分離され、ＨＣＳ１１２の内表面で捕獲される。プラズマ生成（即ち、プラズマオン状態）が継続し、副生成廃棄物はＨＣＳ１１２の内表面に集まるので、ＨＣＳ１１２の内部空間１０４の圧力は低下する。内部空間１０４の圧力がいったん所定レベル以下（典型的には１ミリトール以下）に低下すると、プラズマは不安定となり、プラズマ生成は中断する（プラズマオフ状態）。いったんプラズマ生成が中断すると、プラズマ生成が再開するレベルに到達するまで圧力は上昇する。
【００１８】
本発明の装置および方法は、従来技術の汚染物質除去装置によって達成される化学的な分解を凌駕している。上述のように、本発明の装置および方法は、汚染物質の完全な除去およびＨＣＳ１１２内表面での廃棄物の捕獲が可能となる。廃棄物は、単にＨＣＳ１１２の内表面の清掃によって、プラズマ発生器１１０から除去され得る。さらに、超短波あるいはコロナ放電型プラズマ発生を使用し、通常高電圧発電機を必要とする従来の汚染物質除去装置の複雑さに対して、本発明の装置１００は相対的に低電圧源で動作され得る。
【００１９】
本発明の装置１００およびその個々の構成要素は、種々の応用における用途に応じて大きさを変更し得る。このような応用分野は、家庭用および工業用空気清浄装置ならびに工業用排気ガス浄化装置を含むが、これに限定されるものではない。この装置１００が空気清浄装置である場合には、汚染物質源１４６は部屋あるいは建物であり、汚染物質流４はプラズマの照射によって再生されるべき室内または建物内空気である。この装置１００が、工業排気ガス処理装置である場合には、汚染物質源１４６は工業的な処理で使用される装置であり、汚染物質ガス流４は工業的処理によって生成される大気への放出前に再生されるべき排気ガスである。
【００２０】
図２は、搬送ガス源１３６が汚染ガスを含む他の実施例に係るシステム２００を示す。従って、別個の汚染物質源および供給チューブは必要ない。同一の構成要素に対しては図１の参照番号が使用されている図２を参照すると、装置２００は筐体１０２に格納されたＨＣＳ１１２を含む中空陰極源プラズマ発生器１１０と、絶縁物１１６によってＨＣＳ１１２から軸方向に隔離、絶縁された陽極１１４を含んでいる。ＨＣＳ１１２は電力源１６０に接続され、陽極１１４は電気的に接地されている。冷却水チューブ１２０がＨＣＳ１１２の周囲に巻回されている。筐体１０２は、ＨＣＳ１１２の内表面以上に表面でプラズマが発生することを避けるために、ＨＣＳ１１２を電気的に隔離している。
【００２１】
搬送ガスチューブ１３０は、搬送ガス源１３６から筐体１０２を介してＨＣＳ１１２の内部空間に延伸している。搬送ガスチューブ１３０は、プラズマ発生器１１０中でプラズマを発生するのに適した空気あるいは他のガスを含んでいてもよい搬送ガス流２０を流す。搬送ガス流２０はガス状の化学物質および微生物の少なくとも一方を含んでいてもよい１つまたは複数の汚染物質を含んでいる。搬送ガス流２０はポンプ１３８あるいは適当な装置によって搬送ガス源１３６から搬送ガスチューブ１３０を介して供給される。装置２００は、さらに、ＨＣＳ１１２の内部空間１０４からプラズマ発生器１１０の外部に延伸するガス排気チューブ１５０を含む。ガス排気チューブ１５０は内部空間１０４から無害の再生ガス６を除去することを可能とする。搬送ガスチューブ１３０およびガス排出チューブ１５０はバルブ１３２および１５２、ならびに、陰極内部空間１０４を所定の圧力に維持するための関連制御装置（図示せず）とともに設置されている。
【００２２】
装置２００の運転中は、プラズマ発生器１１０は電力供給を受け、搬送ガス流２０は搬送ガスチューブ１３０を介してＨＣＳ１１２の内部空間１０４に供給され、周知の方法で内部空間１０４にプラズマを発生する。前の実施例で説明したように、内部空間１０４が１ミリトール程度の圧力であるときに、プラズマ発生器は運転され得る。従って、搬送ガス流２０の圧力は１ミリトール程度の低圧力である。
【００２３】
搬送ガス流２０からプラズマが生成されるので、プラズマは搬送ガス流２０中の汚染化学合成物、揮発性有機合成物（ＶＯＣ）および微生物を分解する。前の実施例のように、化学合成物、ＶＯＣあるいは有毒な微生物は一酸化炭素、酸素、二酸化炭素および水のようなより簡単な副生成廃棄分子に分解され、副生成廃棄分子はガス相から除去され、ＨＣＳ１１２の内表面に捕獲される。プラズマ発生（即ち、プラズマ“オン”状態）が継続し、副生成廃棄分子がＨＣＳ１１２の内表面に捕獲されるので、ＨＣＳ１１２の内部空間１０４の圧力は低下する。内部空間１０４の圧力がいったん所定レベル以下（典型的には１ミリトール以下）に低下すると、プラズマは不安定となり、プラズマ生成は中断する（プラズマ“オフ”状態）。いったんプラズマ生成が中断すると、プラズマ生成が再開するレベルに到達するまで圧力は上昇する。
【００２４】
このように、装置２００は別置の汚染物質源を含まない点を除いて、装置１００および２００の動作は同じであるが、これは汚染物質が搬送ガス源１３６から発生するからである。
【００２５】
装置１００と同じく、装置２００は、家庭用および工業用空気清浄装置ならびに工業用排気ガス浄化装置を含む種々の応用における用途に応じて大きさを変更し得る。空気清浄装置の場合には、搬送ガス源１３６は部屋あるいは建物であり、搬送ガス流２０は室内または建物内空気である。一方工業排気ガス処理装置である場合には、搬送ガス源１３６は工業的な処理で使用される装置であり、搬送ガス流２０は工業的処理２１によって生成される排気ガスを含む。
【００２６】
他の実施例によれば、装置２００は自動車の排気ガス浄化装置であってもよい。この実施例においては、プラズマ発生器１１０は触媒コンバータであり、搬送ガス源１３６はエンジンであり、搬送ガス流２０はエンジンによって生成される排気ガスである。
【００２７】
表面を洗浄するための汚染物質除去装置の実施例が図３に示されている。図３に示すように、装置３００は、適当な搬送ガスから成る搬送ガス流２とプラズマ発生器１１０によって洗浄されるべき表面５２を有する物体５０を含む点を除いて装置２００と同一である。表面５２は化学物質または生物学的微生物によって汚染されている。
【００２８】
装置３００の運転中は、物体５０は最初にＨＣＳ１１２の内部空間１０４中に配置される。プラズマが、図２の実施例において説明したように生成される。プラズマは搬送ガス流２から生成されるので、物体５０の表面５２上の揮発性有機合成物（ＶＯＣ）あるいは微生物は、一酸化炭素、酸素、二酸化炭素および水のような副生成廃棄物に分解される。副生成廃棄物はＨＣＳ１１２の内表面に捕獲される。汚染されていないガスはガス排出チューブ１５０を介して排出される。プラズマ発生（即ち、プラズマ“オン”状態）は継続し、副生成廃棄分子はＨＣＳ１１２の内側表面に収集されるので、ＨＣＳ１１２の内部空間１０４の圧力は低下する。いったん内部空間１０４の圧力が所定のレベル（典型的には１ミリトール）以下に低下すると、プラズマは不安定となり、プラズマは消失する（プラズマ“オフ”状態）。いったんプラズマが消失すると、内部空間１０４の圧力はプラズマ生成が再開するレベルに到達するまで上昇する。この過程が物体５０が本質的に完全に汚染除去されるまで繰り返される。
【００２９】
以下の例は、化学的および生物学的薬品除去のための装置および方法のいくつかの実験的実施例について説明する。
（例１）
【００３０】
図４に示す実験的な中空陰極源汚染物質除去装置４００が構築された。図１−３と同じ参照番号は、同様の構成要素を示す。装置４００は、筐体２０２の内部空間２０７に配置される中空ＨＣＳ１１２および絶縁物１１６によってＨＣＳ１１２から軸方向に隔離され、絶縁された陽極１１４を含むプラズマ発生器２１０を含む。ＨＣＳあるいはターゲット１１２は、長さ５インチ（１２５ミリメートル）、直径２．５インチ（６２．５ミリメートル）のアルミニウムチューブ製である。銅製の冷却水チューブがＨＣＳ１１２の周囲に巻回される。陽極１１４はアルミニウム円板製である。中空陰極／冷却水チューブ集合体はカプトンテープ（商品名）（図示せず）によって絶縁されている。装置２１０は、１５ワットの電力源１６０ａに接続されている。筐体２０２は、ＨＣＳ１１２内部以上の外側表面でのプラズマ生成を避けるために、ＨＣＳ１１２を大気から隔離するために設置されている。筐体２０２は、装置２１０内の余剰ガスに煩わされることなく質量分析を実行するために、装置２１０の内部を真空に維持するためにも設置されている。
【００３１】
アルミニウム搬送ガスチューブ１３０が、中空陰極の内部空間１０４に搬送ガス流２０を導くために装置４００の第１の端部に設けられている。搬送ガスチューブ１３０は、ガス孔がＨＣＳ１１２の１インチ（２５ミリメートル）内側にあるように配置されている。搬送ガス貯蔵室１３６は、ニードル弁（図示せず）を介して搬送ガスチューブ１３０に接続される。この装置の搬送ガスとしてベンゼンが選択され、搬送ガス貯蔵室１３６中に充填された。
【００３２】
装置４００は、さらに、ベンゼンが装置中に供給されるように、装置内に真空を生成するために１２０リットル／秒のターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）１９０を具備している。ＴＭＰ１９０は、ＴＭＰ１９０によって排出されたガスを取り出すために設置されるフォアライン（foreline）ポンプ１９２によって後備されている。ゲート弁１９６がＴＭＰ１９０への流れを制御するために設置されている。装置の基準の内部圧力（即ち、実験開始前に得られる最低圧力）は４×１０-7トールであった。
【００３３】
差動的に吸引する量子質量分析計（ＱＭＳ）１８０が装置２１０内でのベンゼンの分解によって生成される副生産物分子の検出を可能とするために、装置４００の第２の端部の容器１０６内に設置された。ＱＭＳ１８０の容器１０６は、１０マイクロメートルのオリフィス１０８を介して内部空間１０４に接続され、フォアラインポンプ１８４によって後備されたＴＭＰ１８２に接続される。ＴＭＰ１８２は質量分析のためにＱＭＳ１８０に分子を供給するために設置された。フォアラインポンプ１８４はＴＭＰ１８２によって吸引されたガスを取り除くために設置された。ゲート弁１８６はＴＭＰ１８２への流れを制御するために設置された。
【００３４】
プラズマ装置がセットアップされると、電力源１６０ａがオンとされ、ベンゼンが貯蔵容器１３６からＨＣＳ１１２の内部空間２０７に流れる。ベンゼンの流量は、同一条件で同じ空間圧力に維持するために必要なアルゴンの流量を測定することによって推定された。ＱＭＳスペクトルと空間圧力は図６Ａ−６Ｆのクロマトグラフに示すように記録され、多重イオン検出（ＭＩＤ）は図７Ａおよび７Ｂのようにプロットされる。
【００３５】
図７Ａおよび７Ｂに示すように、ベンゼンは、プラズマ中を通過するときに、一酸化炭素、酸素、二酸化炭素および水に分解される。これらのベンゼン分解の副生成物はＨＣＳ１１２の内表面に捕獲され、図６Ａ−６Ｄに示すように、ＱＭＳ信号および空間圧力の低下をもたらす。空間圧力は、プラズマが不安定となり消滅するまで（図６Ｅ−６Ｆ参照）ベンゼンの分解によって低下し続ける。図７Ａおよび７ＢのＭＩＤプロットは、装置４００の運転中にガス相からのベンゼン副生成物の除去を示すデータを強固なものとした。
（例２）
【００３６】
図５に示す中空陰極源プラズマ装置５００は、装置２１０が５０ワットの電力源１６０ｂに接続されていることを除いて例１の装置４００と同様に構成され、運転される。ＱＭＳスペクトルと圧力は、“プラズマオン”と“プラズマオフ”のもとで図８Ａ−８Ｅに示すように記録された。
【００３７】
図９Ａ−９Ｂに示すように、ベンゼンはプラズマを貫通するときに、一酸化炭素、酸素、二酸化炭素および水に分解される。前例と同じく、ベンゼン分解のこれらの副生成物は、ＨＣＳ１１２の内表面に捕獲され、図８Ａ−８Ｃに示すようにＱＭＳ信号および空間圧力の低下を惹起する。空間圧力は、プラズマが不安定となり消失する（図８Ｄ−８Ｅ参照）まで、ベンゼンの分解により低下し続ける。図８Ａおよび８Ｂは、装置５００の運転中のガス相からのベンゼン副生成物の除去を示している。
【００３８】
図１０は実験装置３００および４００のＭＩＤプロットの比較図である。図７Ａ、７Ｂ、９Ａおよび９Ｂに示された対象物のガスの分圧の代わりに、図１０は例１および２の陰極１１２の全圧を示す。
【００３９】
例１および２において、ベンゼンの十分な分解およびＨＣＳ内表面への副生成物の捕獲は、ここで説明したＨＣＳ汚染物質除去装置は十分に化学的汚染物質を除去することを示している。中空陰極に閉じ込められたプラズマは、エネルギーのある種である。ベンゼンの分解は、プラズマ中にベンゼンの化学的結合を破壊するのに十分なエネルギーが存在することを示している。ベンゼンの結合は強いので、上記の例は、開示したＨＣＳ汚染物質除去装置は他の化学的汚染物質も同様に十分除去できることを示している。さらに、微生物種は一般的に有機化学物質よりも弱い結合エネルギーを有しているので、開示したＨＣＳ汚染物質除去装置は多くの微生物を除去することも可能である。また、中空に閉じ込められた陰極は、表面を徐染する従来のプラズマ源よりも活性的であるので、ＨＣＳ装置は表面除染においても効果を有する。
【００４０】
前記の記述は、選ばれた実施例だけを図示し、説明したが、ここに説明された発明的概念内での変更が可能であり、上記と同等であり、関連分野の技術または知識内であることが理解できる。さらに、記述はここに開示した形に発明を限定することを意図してはいない。さらに、添付された特許請求の範囲は、詳細な説明に明確に記載されていない別の実施例も含むように解釈されることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】１つの実施例に係る汚染物質の除染装置の構成図である。
【図２】他の実施例に係る汚染物質の除染装置の構成図である。
【図３】汚染表面の除染装置の構成図である。
【図４】実験的な汚染物質の除染装置の構成図である。
【図５】実験的な汚染物質の除染装置の構成図である。
【図６】図４のシステムを使用したベンゼンによる除染を示す質量スペクトルメータのクロマトグラフである（図６Ａ−６Ｆ）。
【図７】図４のシステムを使用したベンゼン除染を示す質量スペクトルメータの多重イオン検出（ＭＩＤ）の描画である（図７Ａ−７Ｂ）。
【図８】図５のシステムを使用したベンゼンによる除染を示す質量スペクトルメータのクロマトグラフである（図８Ａ−８Ｅ）。
【図９】図４のシステムを使用したベンゼン除染を示す質量スペクトルメータのＭＩＤ描画である（図９Ａ−９Ｂ）。
【図１０】図４および図５の装置のＭＩＤ描画の比較図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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