(57)【要約】【課題】  液体中にマイクロ波を効率よく照射することができるプラズマ発生装置を提供すること。【解決手段】  超音波発生装置のトランスデューサ２１は、容器１２内の液体Ｗ中に超音波を照射してキャビテーションを多発的に生じさせる。マイクロ波発生装置の導波管２９は、液体Ｗにおけるキャビテーション発生領域Ｒにマイクロ波を照射して放電プラズマを発生させる。導波管２９は、先端が容器１２内に突出するように配置された管本体３１と、管本体３１の先端の内部に配置されたマイクロ波透過体３２とを有する。マイクロ波透過体３２の先端部には、管本体３１の長手方向に対して傾斜したテーパ面３６が形成されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を導入可能な容器と、
前記容器内の液体中に超音波を照射してキャビテーションを多発的に生じさせる超音波照射手段と、
マイクロ波発生器により発生したマイクロ波を導波管を介して伝搬させ、前記導波管の先端から前記液体におけるキャビテーション発生領域に照射することにより、放電プラズマを発生させるマイクロ波照射手段と
を備え、
前記導波管は、先端が前記容器内に突出するように配置された管本体と、前記管本体の先端の内部に配置されたマイクロ波透過体とを有し、前記マイクロ波透過体の先端部に、前記管本体の長手方向に対して傾斜した面が形成されていることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
液体を導入可能な容器と、
前記容器内の液体中に超音波を照射してキャビテーションを多発的に生じさせる超音波照射手段と、
マイクロ波発生器により発生したマイクロ波を導波管を介して伝搬させ、前記導波管の先端から前記液体におけるキャビテーション発生領域に照射することにより、放電プラズマを発生させるマイクロ波照射手段と
を備え、
前記導波管は、先端が前記容器内に突出するように配置された管本体と、前記管本体の先端の内部に配置されたマイクロ波透過体とを有し、前記マイクロ波透過体の先端部に凹凸が形成されていることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記管本体の外形形状は略円形状であり、前記マイクロ波透過体の断面形状は略矩形状であり、
前記容器には、前記導波管の先端を入れる管本体挿通孔が設けられるとともに、前記管本体の外周面に当接した状態で前記管本体挿通孔との隙間をシールするシール部材が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記容器内部への管本体の突出量を変更可能な構造を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
前記マイクロ波透過体は誘電体であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中に超音波及びマイクロ波を照射してプラズマを発生させるプラズマ発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
所定周波数域の強力な超音波を液体に照射すると、キャビテーションと呼ばれる気泡が発生し、その圧縮、崩壊過程を経てホットスポットと呼ばれる数千度、数千気圧の反応場が局所的に形成されることが知られている。近年ではこの反応場は一種の極限反応場として注目を浴びており、この極限反応場を利用して液体の処理（例えば、化学反応の誘起・促進、物質の分散、殺菌、乳化等の処理）を行う超音波処理装置の開発が進められている。
【０００３】
また、キャビテーションの発生領域にマイクロ波を重畳させることでプラズマ（ソノプラズマ）を発生させるプラズマ発生装置が提案されている（例えば、特許文献１）。この装置を用いれば、プラズマを発生させることで反応場の温度を高めることができ、液体中の反応が促進される。
【特許文献１】特開２００３−２９７５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１にはプラズマ発生装置におけるマイクロ波照射手段の詳細が具体的に開示されておらず、その発明の詳細な説明や図面等の記載から類推すると、キャビテーションの発生領域にアンテナからマイクロ波を照射する構成を採用しているものと考えられる。この装置では、導波管で伝搬されたマイクロ波をアンテナで一旦高周波信号に変換する必要があり、その変換時にエネルギーが損失してしまう。
【０００５】
そこで本願発明者らは、キャビテーションの発生領域に導波管からマイクロ波を直接照射する新規なプラズマ発生装置を試作した。図１１に示すように、そのプラズマ発生装置６１では、容器６２内において超音波ホーン６３に対向する位置に導波管６４が配置され、その導波管６４の先端が液体Ｗ中に入れられている。このプラズマ発生装置６１では、液体Ｗとのインピーダンスマッチングをとるために、導波管６４の内部には石英などの誘電体（マイクロ波透過体）６５が充填されている。従ってこの装置によれば、特許文献１に記載の装置よりも効率よくプラズマを発生可能であるが、その反面でインピーダンスマッチングを十分にとることができないおそれがある。すなわち、マイクロ波透過体６５の先端は平坦面であり、液体Ｗとの界面でインピーダンスが急激に変化してその界面でマイクロ波が反射するため、マイクロ波の照射効率が低下してしまうからである。
【０００６】
図１２には、マイクロ波の照射時における導波管６４内及び液体Ｗ中における電界強度を示している。なお、図１２において、縦軸には電界強度をとり、横軸には導波管６４の先端点Ｏを基準にしたｙ方向の距離をとっている。図１２に示されるように、液体Ｗ中においては、最大電界強度が１／４以下に減衰していることがわかる。またこの場合、マイクロ波透過体６５と液体Ｗとの界面における反射率は０．７であり、この界面でマイクロ波が反射してしまうことが確認された。
【０００７】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体中のキャビテーション発生領域に対して導波管からマイクロ波を効率よく照射することができるプラズマ発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、液体を導入可能な容器と、前記容器内の液体中に超音波を照射してキャビテーションを多発的に生じさせる超音波照射手段と、マイクロ波発生器により発生したマイクロ波を導波管を介して伝搬させ、前記導波管の先端から前記液体におけるキャビテーション発生領域に照射することにより、放電プラズマを発生させるマイクロ波照射手段とを備え、前記導波管は、先端が前記容器内に突出するように配置された管本体と、前記管本体の先端の内部に配置されたマイクロ波透過体とを有し、前記マイクロ波透過体の先端部に、前記管本体の長手方向に対して傾斜した面が形成されていることを特徴とするプラズマ発生装置をその要旨とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、液体を導入可能な容器と、前記容器内の液体中に超音波を照射してキャビテーションを多発的に生じさせる超音波照射手段と、マイクロ波発生器により発生したマイクロ波を導波管を介して伝搬させ、前記導波管の先端から前記液体におけるキャビテーション発生領域に照射することにより、放電プラズマを発生させるマイクロ波照射手段とを備え、前記導波管は、先端が前記容器内に突出するように配置された管本体と、前記管本体の先端の内部に配置されたマイクロ波透過体とを有し、前記マイクロ波透過体の先端部に凹凸が形成されていることを特徴とするプラズマ発生装置をその要旨とする。
【００１０】
請求項１及び２に記載の発明によれば、導波管の先端部をキャビテーション発生領域の近くに配置させ、その導波管からマイクロ波を液体中に直接照射することができる。また、請求項１に記載の発明のように、マイクロ波透過体の先端部に傾斜面を形成したり、請求項２に記載の発明のように、マイクロ波透過体の先端部に凹凸を形成したりすることで、マイクロ波透過体と液体との境界においてインピーダンスを緩やかに変化させることができる。このように構成すると、マイクロ波透過体の先端部でのマイクロ波の反射を抑制することができ、放電プラズマを効率よく発生させることができる。また、導波管の先端の内部にマイクロ波透過体を配置したことで、そのマイクロ波透過体がいわば蓋として機能する結果、容器内に突出して配置された導波管内への液体の侵入が防止される。
【００１１】
前記マイクロ波透過体は誘電体であることが好ましく（請求項５）、具体的には比誘電率が前記液体よりも小さく、空気よりも大きい誘電体にて形成されることがよく、その好適例としては石英を挙げることができる。石英は上記の好適な性質を有するため、マイクロ波を効率よく伝搬することができる。また、石英は比較的加工性がよいため、傾斜面や凹凸を形成する加工を比較的容易に行うことができ、マイクロ波透過体の製造コストを抑えることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、前記管本体の外形形状は略円形状であり、前記マイクロ波透過体の断面形状は略矩形状であり、前記容器には、前記導波管の先端を入れる管本体挿通孔が設けられるとともに、前記管本体の外周面に当接した状態で前記管本体挿通孔との隙間をシールするシール部材が設けられることをその要旨とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、マイクロ波透過体の断面形状は略矩形状であるので、マイクロ波を効率よく伝搬させることができる。また、管本体の外形形状は略円形状であり角部などの出っ張りを有していないので、シール部材を管本体の外周面に当接した状態で配置させることによって、管本体と管本体挿通孔との隙間を容易にシールすることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項において、前記容器内部への管本体の突出量を変更可能な構造を有することをその要旨とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、キャビテーション発生領域に対するマイクロ波の照射位置（定在波の位置）を調整することができ、放電プラズマを効率よく発生させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上詳述したように、請求項１〜５に記載の発明によると、液体中のキャビテーション発生領域に対して導波管からマイクロ波を効率よく照射することができるプラズマ発生装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明をプラズマ発生装置に具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は本実施の形態のプラズマ発生装置１１を示す概略構成図であり、図２はそのプラズマ発生装置１１の要部断面図である。
【００１８】
図１に示されるように、プラズマ発生装置１１は、液体を導入可能な容器１２、超音波発生装置１３、マイクロ波発生装置１４、位置調整装置１５、中性子照射装置１６、中性子カウンタ１７、バブリング装置１８、熱交換器１９、及び制御装置２０を備える。
【００１９】
制御装置２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートなどからなる周知のマイクロコンピュータにより構成されている。この制御装置２０は、超音波発生装置１３、マイクロ波発生装置１４、位置調整装置１５、中性子照射装置１６、中性子カウンタ１７、バブリング装置１８、及び熱交換器１９と電気的に接続されており、各種処理を実行することでプラズマ発生装置１１全体を統括的に制御する。
【００２０】
本実施の形態において容器１２はステンレスからなり、その容器１２内には液体Ｗが入れられている。液体Ｗとしては、目的に応じて任意のものが選択可能である。
【００２１】
超音波照射手段としての超音波発生装置１３は、トランスデューサ２１とそのトランスデューサ２１を駆動するためのパルスを出力するパルス発生器２２とを備える。図２に示すように、トランスデューサ２１は、振動子２３及びホーン（共振体）２４からなる。そして、トランスデューサ２１のホーン２４の外周面が固定部材２５を用いて容器１２の上面に固定されており、そのホーン２４の先端が液体Ｗの中に入れられている。
【００２２】
このトランスデューサ２１は、パルス発生器２２から出力されたパルスによって振動子２３が駆動されると、例えば２０ｋＨｚ、０〜１ｋＷの超音波をホーン２４の先端から液体Ｗ中に照射する。なお、本実施の形態では、超音波の照射に伴う摩耗を防止するために、ホーン２４先端にはセラミックからなる保護板２６が設けられている。
【００２３】
図１に示すように、マイクロ波照射手段としてのマイクロ波発生装置１４は、マイクロ波を発生するマグネトロン（マイクロ波発生器）２８と、マグネトロン２８にて発生したマイクロ波を伝搬する導波管（マイクロ波ホーン）２９とを備え、位置調整装置１５上に載置されている。マイクロ波発生装置１４の導波管２９は、超音波発生装置１３のトランスデューサ２１に対向した状態で容器１２の底面に配置されている。このマイクロ波発生装置１４において、マグネトロン２８は、直流電流が供給されることで、例えば、２．４５ＧＨｚ、０〜１．８ｋＷのマイクロ波を発生する。そして、導波管２９は、そのマイクロ波を基本モードであるＴＥ０１モードで伝搬させ、先端部から液体Ｗ中に直接照射する。
【００２４】
図２に示すように、中性子照射装置１６は、容器１２の側面に設けられた中性子透過部４０に臨むようにして配置されている。中性子照射装置１６は、図示しないイオン発生源で発生した荷電粒子のビームを電荷を持たない中性子のビームに変換した後、その中性子のビームを容器１２内部に向けて出力する。なお、中性子透過部４０は、容器１２を構成するステンレスよりも中性子を透過させやすい部材（例えば、ガラス板）などを用いて形成される。用途によっては、中性子照射装置１６を使用しなくてもよい。
【００２５】
図１に示すように、容器１２の近傍には中性子の量を検出するための中性子カウンタ１７が設けられている。この中性子カウンタ１７は、容器１２内の中性子量の検出に用いられる。なお、中性子カウンタ１７としては、従来公知の中性子測定器（例えば電離箱、比例計数管、Ｇ−Ｍ計数管等）が使用可能である。用途によっては、中性子カウンタ１７を使用しなくてもよい。
【００２６】
バブリング装置１８は、希ガスとしてのアルゴンガスが充填されるガスボンベ４１と、そのアルゴンガスを液体Ｗ中に供給するための供給パイプ４２と、供給パイプ４２の途中に設けられる開閉バルブ４３とを備える。このバブリング装置１８では、開閉バルブ４３が開状態に作動されることで、ガスボンベ４１のアルゴンガスが供給パイプ４２を通して液体Ｗ中に供給される。
【００２７】
図２に示すように、液体Ｗ中でアルゴンガスがバブリングされると、液体Ｗ中に含まれる空気などが取り除かれる。また、液体Ｗ中にアルゴンガスをバブリングすることで、超音波の照射によるキャビテーションが多発的に生じるとともに、マイクロ波の照射による放電プラズマが発生しやすくなる。
【００２８】
熱交換器１９は、容器１２の側面や底面に設けられ冷却水を循環させる冷却用配管４５と、その冷却用配管４５の途中に設けられる液体ポンプ４６と、液体Ｗの温度を検出するための熱電対４７とを備える。この熱交換器１９では、熱電対４７によって検出された温度に基づいて液体ポンプ４６が駆動されると、冷却用配管４５における冷却水の循環が開始され、液体Ｗの温度が所定温度以下となるように冷却される。
【００２９】
容器１２の側面にはその内部状態を目視で観察可能な覗き窓（図示略）が設けられており、超音波の照射時に発生するソノルミネッセンスの観察やマイクロ波の照射時に発生するソノプラズマの観察が可能となっている。
【００３０】
次に、本実施の形態における導波管２９の構造について詳述する。図３は、導波管２９の先端より若干基端側となる位置においてその長手方向に直交する方向に切った断面図である。
【００３１】
図２及び図３に示すように、導波管２９は、先端が容器１２内に突出するように配置された管本体３１と、管本体３１の先端の内部（中央孔３１ａ）に配置されたマイクロ波透過体（具体的には石英）３２とを有する。なお、マイクロ波透過体３２としては、石英の以外の誘電体材料（例えば、セラミックスからなる誘電体など）であって、その比誘電率が空気の１よりも大きく、液体Ｗよりも小さい材料を用いることができる。
【００３２】
管本体３１は、外形形状が略円形状となるよう形成されるとともに、中央孔３１ａは、管本体３１の長手方向に直交する方向に切った断面が略矩形状となるように形成されている。管本体３１の先端は、容器１２の底面中央に設けられた管本体挿通孔３３に挿入されている。そして、管本体３１の先端より若干基端側となる位置には、その外周面に当接した状態で管本体挿通孔３３との間の隙間をシールするＯリング（シール部材）３４が配置されている。管本体３１の外周面において前記Ｏリング３４がある位置には、リング状の固定部材３５が設けられている。この固定部材３５は、このＯリング３４を圧縮して縮径させるとともに、管本体３１を容器１２の底面に対して固定させている。なお、本実施の形態では、固定部材３５を取り外した状態で位置調整装置１５が駆動され、導波管２９の位置がその長手方向に沿って適宜調整される。その後、管本体３１を固定部材３５で再度固定することにより、容器１２の底面に対する管本体３１の突出量が変更可能になっている。
【００３３】
図２〜図４に示すように、マイクロ波透過体３２は、管本体３１の長手方向に直交する方向に切った断面形状が略矩形状であり、その先端がくさび状（具体的にはＶ溝状）に削られることで、管本体３１の長手方向（図２の上下方向）に対して傾斜した面（テーパ面）３６が形成されている。このように、マイクロ波透過体３２の先端にテーパ面３６を形成することで、液体Ｗに対するマイクロ波透過体３２のインピーダンスのマッチングがとられている。なお、マイクロ波透過体３２の基端側は、くさび状に突出するよう加工されており、導波管２９内の空気とのインピーダンスのマッチングがとられている。このマイクロ波透過体３２の加工は、切削加工などの公知の手法を用いて行われ、その加工後のマイクロ波透過体３２が管本体３１に挿入されて導波管２９が形成されている。本実施形態では、切削加工という機械的手法を採用しているがエッチング等のような化学的手法を用いてもよい。
【００３４】
このように、マイクロ波透過体３２の先端にテーパ面３６を形成することで、マイクロ波透過体３２と液体Ｗとの境界においてインピーダンスが緩やかに変化し、マイクロ波透過体３２の先端部でのマイクロ波の反射が抑制される。
【００３５】
具体的には、本願発明者らは、マイクロ波透過体３２における先端の削り量ｄ１（図５参照）を変化させた場合についてのマイクロ波の反射率と先端の削り量ｄ１との関係をシミュレーションしてみた。その結果を図６に示す。図６に示されるように、マイクロ波透過体３２における先端の削り量ｄ１が多くなるに従いマイクロ波の反射率が低下している。従って、マイクロ波透過体３２にテーパ面３６を形成することにより、マイクロ波を液体Ｗ中に効率よく照射することが可能となる。
【００３６】
次に、本実施の形態におけるプラズマ発生装置１１の動作例を説明する。
【００３７】
先ず、制御装置２０は、バブリング装置１８における開閉バルブ４３を開状態に作動させ、ガスボンベ４１のアルゴンガスを供給パイプ４２を通して液体Ｗ中に供給する。これにより、液体Ｗ中でのアルゴンガスのバブリングが開始される。
【００３８】
そして、制御装置２０は超音波発生装置１３に制御信号を出力して超音波の照射を開始させる。すなわち、パルス発生器２２において、制御装置２０からの制御信号に同期したタイミングでパルスが生成され、そのパルスがトランスデューサ２１に供給されることにより、トランスデューサ２１から超音波が液体Ｗ中に照射される。この超音波の照射により、液体Ｗ中にキャビテーションが多発的に生じる。
【００３９】
その後、制御装置２０はマイクロ波発生装置１４に制御信号を出力してマイクロ波の照射を開始させる。具体的には、制御装置２０からの制御信号に基づいてマグネトロン２８に直流電流が供給されることでマイクロ波が発生される。そして、そのマイクロ波は導波管２９を伝搬しマイクロ波透過体３２を通して液体Ｗ中のキャビテーションの発生領域Ｒ（図２参照）に照射される。ここで、本実施の形態のマイクロ波透過体３２にはテーパ面３６が形成され、液体Ｗとの境界においてインピーダンスが緩やかに変化するため、マイクロ波が効率よくキャビテーション発生領域Ｒに照射される。その照射によって放電プラズマが発生しその領域（放電プラズマ発生領域）Ｒの温度が高められる。
【００４０】
次いで、制御装置２０は、中性子照射装置１６に制御信号を出力して中性子の照射を開始させる。このとき、放電プラズマ発生領域Ｒに中性子が照射されると、液体Ｗに含まれる重水素が励起状態となり、放電プラズマの温度がさらに高温化する。容器１２内の中性子は中性子カウンタ１７で計数され、制御装置２０はその検出信号を取り込む。制御装置２０はその検出信号に基づいて所定の処理を行い、所定の情報を図示しない表示装置（ディスプレイ）などに表示する。なお、中性子の照射や計数は必要がなければ実施しなくてもよい。
【００４１】
また、制御装置２０は、熱電対４７の検出信号を取り込み、その検出信号に対応する液体温度が所定温度以上か否かを判定する。そして、液体温度が所定温度以上と判定した場合、熱交換器１９を作動させる。すなわち、制御装置２０は、液体ポンプ４６を駆動して冷却用配管４５に冷却水を循環させ、液体Ｗを冷却する。液体Ｗの温度が下がり、熱電対４７の検出信号に基づいて液体温度が所定温度以下であると判断した場合、制御装置２０は熱交換器１９（液体ポンプ４６）を停止する。このように、熱交換器１９を制御することにより、容器１２中の液体Ｗが高温となってキャビテーションの発生が不安定となることが防止される。
【００４２】
従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００４３】
（１）本実施の形態のプラズマ発生装置１１では、導波管２９から液体Ｗ中にマイクロ波を直接照射するように構成している。よって、アンテナを介してマイクロ波を出力するプラズマ発生装置と比較して、広い領域に均一なマイクロ波を照射することができ、プラズマ発生領域Ｒの大きさを十分に確保することができる。また、マイクロ波透過体３２の先端部にテーパ面３６が形成されているので、マイクロ波透過体３２と液体Ｗとの境界においてインピーダンスを緩やかに変化させることができ、マイクロ波透過体３２の先端部でのマイクロ波の反射を抑制することができる。従って、マイクロ波が効率よく照射され、放電プラズマを確実に発生させることができる。
【００４４】
（２）本実施の形態の場合、マイクロ波透過体３２として石英を用いその先端部をくさび状に削ってテーパ面３６を形成した。石英は比誘電率が前記液体Ｗよりも小さく、空気よりも大きい材料であるため、マイクロ波を効率よく伝搬できるマイクロ波透過体３２とすることができる。また、石英は比較的加工性がよいため、その先端部をくさび状に削る加工を比較的容易に行うことができ、マイクロ波透過体３２の製造コストを抑えることができる。
【００４５】
（３）本実施の形態の場合、マイクロ波透過体３２の断面形状は略矩形状であるので、マイクロ波を効率よく伝搬させることができる。また、管本体３１の外形形状は略円形状であり角部などの出っ張りを有していないので、Ｏリング３４を管本体３１の外周面に当接した状態で配置させることによって、管本体３１と管本体挿通孔３３との隙間を容易にシールすることができる。
【００４６】
（４）本実施の形態のプラズマ発生装置１１では、位置調整装置１５上にマイクロ波発生装置１４が設けられ、位置調整装置１５を駆動させることにより容器１２内部への管本体３１の突出量を変更することができる。この場合、キャビテーション発生領域Ｒに対するマイクロ波の照射位置（定在波の位置）を調整することができ、放電プラズマを効率よく発生させることができる。
【００４７】
（５）本実施の形態のプラズマ発生装置１１では、超音波発生装置１３のトランスデューサ２１とマイクロ波発生装置１４の導波管２９とが対向して配置されるので、超音波の照射によって発生したキャビテーションの発生領域Ｒに対してマイクロ波を確実に照射でき、反応場を形成するのに十分な量のプラズマ（ソノプラズマ）を発生させることができる。
【００４８】
（６）本実施の形態のプラズマ発生装置１１では、液体Ｗ中にアルゴンガスがバブリングされるので、キャビテーションが多発的にかつ効率よく生じるようになり、放電プラズマ発生領域を拡大しやすくなる。また、熱交換器１９により液体Ｗが冷却されるので、キャビテーションが安定的に発生する。その結果、放電プラズマ発生領域Ｒの温度をより高めることができる。
【００４９】
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
【００５０】
・本実施の形態では、マイクロ波透過体３２の先端を凹状に加工して、テーパ面３６を形成するものであったがこれに限定されるものではない。図７に示すように、マイクロ波透過体５１の先端をくさび状に突出するよう加工することでテーパ面５２を形成してもよい。なお、このマイクロ波透過体５１においても、先端の削り量ｄ２を変化させた場合についてのマイクロ波の反射率と先端の削り量ｄ２の関係をシミュレーションしてみた。その結果を図８に示す。図８に示されるように、マイクロ波透過体５１における先端の削り量ｄ２が多くなるに従いマイクロ波の反射率が低下している。従って、このマイクロ波透過体５１においても、その先端にテーパ面５２を形成することにより、マイクロ波を液体Ｗ中に効率よく照射することができる。
【００５１】
また、図９に示すマイクロ波透過体５３のように、その先端部に凹凸を形成してもよいし、図１０に示すマイクロ波透過体５４のように、その先端部に球面状の凹部を形成してもよい。勿論、マイクロ波透過体の先端部に円錐状や角錐状の凹部または凸部を形成してもよい。また、このマイクロ波透過体の先端部に形成される凹部または凸部は１つでもよいし複数でもよい。このように、マイクロ波透過体５３，５４を形成することで、マイクロ波透過体５３，５４と液体Ｗとの境界においてインピーダンスを緩やかに変化させることができ、マイクロ波を液体Ｗ中に効率よく照射することができる。ただし、これらのものに比べて先端の形状が単純な前記実施形態のマイクロ波透過体３２や、図７のマイクロ波透過体５１のほうが、加工が容易という点で有利である。
【００５２】
・上記実施の形態のプラズマ発生装置１１では、超音波発生装置１３とマイクロ波発生装置１４とを１対設けるものであったが、複数対設けるものであってもよい。このようにしても、プラズマ発生領域Ｒの大きさを十分に確保することができ、広い範囲で音響核融合を起こさせることができる。
【００５３】
・上記実施の形態のプラズマ発生装置１１では、超音波発生装置１３のトランスデューサ２１を容器１２の上面に配置し、マイクロ波発生装置１４の導波管２９を容器１２の底面に配置するものであったが、これとは逆に、トランスデューサ２１を容器１２の底面に配置し、導波管２９を容器１２の上面に配置してもよい。
【００５４】
・上記実施の形態のプラズマ発生装置１１では、マイクロ波発生装置１４を位置調整装置１５上に配置し、マイクロ波発生装置１４の導波管２９の位置を変更可能に構成したが、超音波発生装置１３側に位置調整装置１５を設け、トランスデューサ２１の位置を変更可能に構成してもよい。
【００５５】
・上記実施の形態のプラズマ発生装置１１は、例えば、音響核融合（ソノフュージョン）を起こさせる核融合装置として利用することも可能である。勿論、このような装置として利用する以外にも、このプラズマ発生装置１１は、化学反応の誘起・促進をさせる反応装置（例えばカーボンナノ粒子、カーボンナノチューブ、アモルファスカーボン等の生成装置）や、汚水などに含まれる有害物質を分解する処理装置としても利用することができる。なおこの場合、プラズマ発生装置１１における中性子照射装置１６や中性子カウンタ１７は省略することができる。
【００５６】
・上記実施の形態のプラズマ発生装置１１において、容器１２に液体Ｗを流通させるための通路（液体Ｗの導入路及び排出路）を接続し、液体Ｗを容器１２に流しつつ化学反応の処理や汚水処理などの処理を行うように構成することもできる。なおこの場合、前記処理は連続処理であってもよく非連続処理（いわゆるバッチ処理）であってもよい。
【００５７】
・上記実施の形態のプラズマ発生装置１１では、超音波発生装置１３が照射する超音波の周波数は２０ｋＨｚであり、マイクロ波発生装置１４が照射するマイクロ波は２．４５ＧＨｚであったが、これら周波数は適宜変更してもよい。例えば、超音波の周波数をより高く、具体的には１００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ程度に設定してもよい。
【００５８】
・上記の実施の形態のマイクロ波透過体３２は、管本体３１の長手方向に直交する方向に切った断面形状が略矩形状であったが、略矩形状以外の形状（例えば略円形状）であってもよい。
【００５９】
・上記実施の形態のプラズマ発生装置１１におけるマイクロ波透過体３２は、先端部に管本体３１の長手方向に対して傾斜した面（テーパ面３６）を形成したものであったが、これに代えて図１１に示すマイクロ波透過体６５を用いることも許容される。このマイクロ波透過体６５の先端部には、傾斜した面がなくその代わりに管本体３１の長手方向に対して垂直な平坦面が形成されている。そして、上記実施の形態のマイクロ波透過体３２には及ばないものの、図１１に示すマイクロ波透過体６５によれば、特許文献１に記載のプラズマ発生装置におけるマイクロ波照射手段よりは、マイクロ波を効率よく照射でき、プラズマを効率よく発生させることが可能となる。
【００６０】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
【００６１】
（１）請求項１乃至４のいずれか１項において、前記液体は重水素及び／または三重水素を含むものであり、核融合を起こさせる核融合装置として利用することを特徴とするプラズマ発生装置。
【００６２】
（２）請求項１乃至４のいずれか１項において、前記マイクロ波透過体が石英からなることを特徴とするプラズマ発生装置。
【００６３】
（３）請求項１において、前記マイクロ波透過体の先端部がくさび状に形成されたことを特徴とするプラズマ発生装置。
【００６４】
（４）請求項１乃至４のいずれか１項において、前記超音波照射手段と前記マイクロ波照射手段と電気的に接続され、前記各手段を制御する制御手段をさらに備えたことを特徴とするプラズマ発生装置。
【００６５】
（５）液体を導入可能な容器と、前記容器内の液体中に超音波を照射してキャビテーションを多発的に生じさせる超音波照射手段と、マイクロ波発生器により発生したマイクロ波を導波管を介して伝搬させ、前記導波管の先端から前記液体におけるキャビテーション発生領域に照射することにより、放電プラズマを発生させるマイクロ波照射手段とを備え、前記導波管は、先端が前記容器内に突出するように配置された管本体と、前記管本体の先端の内部に配置された誘電体からなるマイクロ波透過体とを有することを特徴とするプラズマ発生装置。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明を具体化した一実施の形態のプラズマ発生装置を示す概略構成図。
【図２】図１のプラズマ発生装置を示す要部断面図。
【図３】導波管を示す断面図。
【図４】マイクロ波透過体を示す斜視図。
【図５】マイクロ波透過体の削り量を示す断面図。
【図６】削り量と反射率との関係を示すグラフ。
【図７】別の実施形態のマイクロ波透過体の削り量を示す断面図。
【図８】削り量と反射率との関係を示すグラフ。
【図９】別の実施形態のマイクロ波透過体を示す断面図。
【図１０】別の実施形態のマイクロ波透過体を示す断面図。
【図１１】試作品であるプラズマ発生装置を示す要部断面図。
【図１２】導波管内及び液体中における電界強度を示すグラフ。
【符号の説明】
【００６７】
１１…プラズマ発生装置
１２…容器
１３…超音波照射手段としての超音波発生装置
１４…マイクロ波照射手段としてのマイクロ波発生装置
２８…マイクロ波発生器としてのマグネトロン
２９…導波管
３１…管本体
３２，５１，５３，５４…マイクロ波透過体
３３…管本体挿通孔
３４…シール部材としてのＯリング
３６，５２…テーパ面
Ｒ…キャビテーション発生領域
Ｗ…液体
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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