(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水蒸気を含む空気よりなる対象領域に、波長が２７０ｎｍ〜１８０ｎｍの紫外線レーザー光を照射することにより、上記対象領域内に水滴又は氷粒を生じさせることを特徴とする紫外線レーザーによる水滴又は氷粒の生成方法。
【請求項２】
請求項１において、上記紫外線レーザー光は、波長が１９３ｎｍのアルゴン・フッ素レーザー光であることを特徴とする紫外線レーザーによる水滴又は氷粒の生成方法。
【請求項３】
請求項１において、上記紫外線レーザー光は、波長が２４８ｎｍのクリプトン・フッ素レーザー光であることを特徴とする紫外線レーザーによる水滴又は氷粒の生成方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、上記対象領域は、水蒸気の含有量が飽和水蒸気圧またはそれ以上であることを特徴とする紫外線レーザーによる水滴又は氷粒の生成方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、上記対象領域の温度は、３℃以下であることを特徴とする紫外線レーザーによる水滴又は氷粒の生成方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、上記紫外線レーザー光の照射は、上記対象領域内における照射位置を変更しながら連続的に行うことを特徴とする紫外線レーザーによる水滴又は氷粒の生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気中において水滴又は氷粒を人工的に生成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、人工的に雨を降らす方法、あるいは、空気中に人工的に水滴を形成する方法についての研究がなされている。
従来の方法としては、例えば、ヨウ化銀、塩化カルシウム、カルシウムカーバイト、酸化カルシウム、食塩、尿素などの微粒子、又はドライアイス氷の微粒子を空気中に散布し、これらの微粒子を核とし、その核を中心にして空気中の水を凝集させる方法が提案されている。
【０００３】
しかしながら、上記の核となる微粒子を大気中に散布する方法を実施すれば、上記微粒子よりなる異物によって大気環境に負荷がかかるおそれがある。
また、実際に上記方法を効果的に行うには、航空機又はロケットを使用して微粒子を高い高度の空中にまで運ぶ必要があり、コストが非常に高くなる。
【０００４】
また、特許文献１には、雲にレーザー光を照射する人工降雨方法が示されている。しかしながら、そこには、具体的にどのようなレーザー光をどのように照射するのか明確には示されておらず、実施可能なまでに十分な技術は記載されていない。
一方、レーザー光により降雨あるいは水滴の生成が可能となれば、非常に有効である。そのため、実際にレーザー光照射によって水滴を生成できる具体的方法についての開発が望まれていた。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−２５４２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、レーザー光を照射することによって水滴を生成させることが可能な具体的な方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、水蒸気を含む空気よりなる対象領域に、波長が２７０ｎｍ〜１８０ｎｍの紫外線レーザー光を照射することにより、上記対象領域内に水滴又は氷粒を生じさせることを特徴とする紫外線レーザーによる水滴又は氷粒の生成方法にある（請求項１）。
【０００８】
本発明は、上記のごとく、照射するレーザー光として、波長が２７０ｎｍ〜１８０ｎｍの紫外線レーザー光を用い、この特定の範囲の波長を有する紫外線レーザー光を上記対象領域に照射する。これにより、対象領域内の水蒸気を含む空気そのものを、化学反応によって核に変化させることができる。そして、この核を中心に水分子が凝集することにより、水滴又は氷粒が生成する。
【０００９】
このように、本発明の方法によれば、空気中に核となる微粒子等の異物を散布する必要が無く、水蒸気を含む空気そのものを光化学反応によって核に変化させることができる。そのため、環境に悪影響を与えることがない。
また、上記特定の波長の紫外線レーザー光を照射することにより生じる核は、反応性の高い、原子、分子、分子ラジカル等よりなる。すなわち、ＯＨラジカル、ＨＯ2ラジカル、水イオンなど、酸素の光解離によって生ずる酸素ラジカル反応生成物としてのオゾン、過酸化水素などが上記核となる。そのため、これらの反応性の高い核は、高い反応性や強い分散力によって中性の水分子をその周りに凝集させることができる。
【００１０】
ここで、上記のごとく、本発明では、レーザー光として、波長が２７０ｎｍ〜１８０ｎｍの紫外線レーザー光を用いる。
上記紫外線レーザー光の波長が１８０ｎｍ未満の場合には、空気中において酸素、窒素等に吸収されやすく、目標とする上記対象領域にレーザー光を到達させることが難しくなる場合が生ずる。一方、上記紫外線レーザー光の波長が２７０ｎｍを超える場合には、光が空気を構成する分子に吸収されず、したがって光反応も起こらないという問題がある。
そこで、本発明では、上記の２７０ｎｍ〜１８０ｎｍという特定の範囲の波長に限定する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明においては、上記のごとく、水蒸気を含む空気よりなる対象領域に上記特定の紫外線レーザー光を照射する。上記対象領域としては、いわゆる大気中の特定の領域を選択することができる。なお、水蒸気の含有量、温度についての好ましい範囲については後述する。
【００１２】
また、照射するレーザー光として、波長が２７０ｎｍ〜１８０ｎｍの紫外線レーザー光を用いるが、具体的なレーザー光としては、例えばエキシマレーザを用いることができる。その中でも特に、上記紫外線レーザー光は、波長が１９３ｎｍのアルゴン・フッ素レーザー光であることが好ましい（請求項２）。これにより、特に、空気中の酸素分子の光解離反応を誘起するという効果が得られる。
【００１３】
また、上記紫外線レーザー光は、波長が２４８ｎｍのクリプトン・フッ素レーザー光であることも好ましい（請求項３）。これにより、空気中のより遠方へ光を到達させ、水滴を生成させることができるという効果が得られる。
【００１４】
また、上記対象領域は、水蒸気の含有量が飽和水蒸気圧またはそれ以上であることが好ましい（請求項４）。この場合には、水滴又は氷粒の生成を効率よく行うことができる。水蒸気の含有量が飽和水蒸気圧未満の場合には、水分子の凝集が起こりにくく、水滴又は氷粒の生成効率が低くなるおそれがある。
【００１５】
また、上記対象領域の温度は、３℃以下であることが好ましい（請求項５）。上記対象領域の温度が３℃〜０℃の場合には、水滴（雨あるいは霧）が生じ、０℃以下の場合には氷粒（雪）を生ずる。一方、上記対象領域の温度が３℃を超える場合には、水滴又は氷粒が生じにくくなるおそれがある。
【００１６】
また、上記紫外線レーザー光の照射は、上記対象領域内における照射位置を変更しながら連続的に行うことが好ましい（請求項６）。この場合には、上記対象領域内に水分子凝集の核を多数形成することができ、水滴の生成を効率よく行うことができる。
【実施例】
【００１７】
本発明の実施例に係る水滴の生成方法につき、図１〜図３を用いて説明する。
本例では、水蒸気を含む空気よりなる対象領域を実験的に形成し、複数種類のレーザー光を照射して、水滴が生じるか否かを観察した。
実験を行った実験装置１は、図１に示すごとく、円筒状の石英管１０と、その下端開口部を閉塞する底板部１２と、その上端開口部を閉塞する上皿部１１とを有している。底板部１２は架台部１３に支持されていると共に、裏面にヒータ１４を備えている。また、底板部１２の上面には、水を備蓄する水盤１５が配設されている。
【００１８】
水盤１５内には、水８をほぼ一杯に備蓄しており、これをヒータ１４によって温度制御するようにしてある。また、上皿１１内には、氷と水又はドライアイスとエタノールを入れることにより温度制御するようにしてある。これらの温度制御によって、石英円筒１０内の温度、水蒸気含有量を制御し、図１に示した対象領域２の条件を調整する。
【００１９】
また、石英円筒１０の外部には、対象領域２へのレーザー光３を照射するレーザー光照射手段３０と、参照用可視光４を照射する可視光照射手段４０が配設されている。レーザー光照射手段３０は、レーザー光の種類により取り替えるようにしてあり、いずれも、照射位置を調整する集光レンズ等（図示略）を具備している。
また、対象領域２は、上限を示す波線Ｓ１と下限を示す波線Ｓ２に囲まれる領域に設けてあり、参照用可視光４を照射する領域は、上記の対象領域２よりも広い範囲の上限を示す波線Ｓ３と下限を示す波線Ｓ４に囲まれる領域２９である。
【００２０】
（実施例１）
実施例１では、レーザー光として、波長が１９３ｎｍのアルゴン・フッ素レーザー光を採用した。レーザー光の照射条件は、出力１００ｍＪ／ｃｍ2、パス幅１０ナノ秒、照射回数５０回である。この照射条件は、他の実施例および比較例も同じにした。
【００２１】
また、対象領域２の条件は、水蒸気含有量：飽和水蒸気圧、温度：０〜２℃という条件に設定した。これは、水盤１５内の水８の温度を２８℃、上皿１１内の温度を０℃とすることにより実現した。
実験の結果、実施例１では、レーザー光の照射後、対象領域内に水滴（霧）が観察され、確実に水滴が生成したことが、レーザー光３０の散乱光を観察することによりわかった。
本例における対象領域２の状態を撮影した写真を図２に示す。同図における白い部分が水滴（霧）である。
【００２２】
（実施例２）
実施例２では、対象領域２の温度を−３〜０℃に設定した以外は上記実施例１と同じ条件で実験を行った。なお、この温度の設定は、上皿１１内の温度を−６３℃、水盤１５内の温度を２０℃とすることにより実現した。
実験の結果、実施例２では、レーザー光の照射後、対象領域内に小さな氷となった氷粒（雪）が観察され、確実に氷粒が生成したことがわかった。
本例における対象領域２の状態を撮影した写真を図３に示す。同図における白い部分が氷粒（雪）である。
【００２３】
（比較例１）
比較例１では、照射するレーザー光として、近赤外線レーザーである波長１０６４ｎｍのネオジムＹＡＧレーザーを用いたこと以外は、実施例１と同じ条件で実験を行った。
実験の結果、比較例１では、全く水滴が生じなかった。
【００２４】
（比較例２）
比較例２では、照射するレーザー光として、可視光線である波長５２３ｎｍ（上記比較例１の場合の２倍波）のネオジムＹＡＧレーザーを用いたこと以外は、実施例１と同じ条件で実験を行った。
実験の結果、比較例２では、全く水滴が生じなかった。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施例における実験装置の構成を示す説明図。
【図２】実施例１における水滴の発生状態を示す図面代用写真。
【図３】実施例２における氷粒の発生状態を示す図面代用写真。
【符号の説明】
【００２６】
１  実験装置
２  対象領域
２０  対象領域形成手段
３  レーザー光
３０  レーザー光照射手段
【図１】
0004527020.tif 000002
【図２】
0004527020.tif 000003
【図３】
0004527020.tif 000004