EEIS 東京大学大学院 工学系研究科 電気系工学専攻

小野 亮 教授

本郷キャンパス

環境・エネルギー
プラズマエレクトロニクス
電力工学・電力変換・電気機器

放電プラズマ技術の開発 —医療、マテリアルから航空宇宙応用まで—

放電プラズマを用いた医療、マテリアル、航空宇宙応用技術の開発および、プラズマ計測やシミュレーション、マテリアルとの相互作用反応モデルの開発など基礎研究を行っています。

研究分野1

プラズマ反応の基礎研究 (プラズマ計測とシミュレーション)

気体に高電圧を印加すると、電子が加速されて分子や原子を衝突電離しプラズマ(= 電離気体)が発生する。この電子衝突は分子や原子の解離や励起も生じ、OHやOなどの反応性の高い中性粒子(ラジカル)や様々な励起種も生成される。これら活性種を多く含むプラズマは反応性が高く、その反応性を利用した様々な応用技術が利用されている。プラズマ反応技術の開発には、プラズマ反応そのものを調べる基礎研究が重要である。我々はプラズマ反応技術の中核となる様々な活性種をレーザー計測し、プラズマ反応を解明する研究を行っている。これまでに計測した活性種の一覧を表に示す。活性種は反応が速いため寿命が1us~1msと極めて短く、高度なレーザー計測が必要である。関連してプラズマの反応シミュレーションも開発している。
研究分野2

プラズマによる癌の免疫治療

小野(亮)研は、プラズマを癌の免疫治療に使える可能性を世界で初めて示した。図のようにプラズマを癌腫瘍に照射すると、照射していない部位の癌腫瘍にも抗腫瘍効果が現れ、この効果は長い期間持続する。放射線などではすでに知られた現象だが、プラズマでも同じようなことが起きている可能性がある。腫瘍の手術切除後の再発抑制に効果がある可能性も示した。癌の免疫療法に使われる免疫チェックポイント阻害剤(2018年ノーベル医学生理学賞)との併用実験も行っている。原理解明に向けて、プラズマの活性種計測や、プラズマ照射した腫瘍の病理解析等も行っている。電気電子工学の技術を利用した、癌の新しい治療法の研究である。
研究分野3

プラズマ航空宇宙工学応用

航空機の翼にプラズマをつけると、翼を流れる気流が変化する。この現象を利用した、プラズマによる航空機の高速気流制御を研究している。航空機の制御性を左右する要因の一つに、翼から気流が剥がれる「剥離」という現象がある。剥離は揚力の減少や抗力の増大を引き起こし、性能の劣化や事故の要因となる。この剥離を抑制するための気流制御装置が飛行機の翼には取り付けられているが、現状では機械駆動で重く、時間応答性が良くない。これに対してプラズマは応答が速いため、従来では不可能であった高速気流を制御できる可能性がある。プラズマは装置が簡便で軽量という利点もある。地球上だけでなく、火星探査機への応用も視野に入れている。
研究分野4

CO2の分解と炭化水素燃料化

将来の火星探査を見据えた 火星大気環境下での酸素生成と炭化水素燃料生成に関する研究を行っている。火星環境で生じる特異なCO2分解メカニズムと放電プラズマを用い、効率よくCO2を分解する手法を開発している。プラズマを用いると、CO2の分子間振動準位をステップ状に励起することで、効率よくCO + Oの解離反応を起こせることが知られている。本研究室では長年、プラズマを用いたガス分解技術の開発を行ってきた経緯があり、それらの蓄積された技術を火星環境に適用させようと進めている。
研究分野5

活性種反応とマテリアル工学

プラズマはポリマー、半導体、金属、液体などの表面処理に使われる。このとき、活性種の表面反応が重要だが、活性種の表面反応を測定するのは容易ではない。プラズマでは数10から100種類の活性種が同時に生成されるため、各活性種の表面反応を切り分けて測定することができないためである。我々はOHやOなど所望の活性種を個別に試料表面に照射する手法を開発し、様々な活性種の表面反応を測定している。そして、この結果をもとに活性種の表面反応モデルの構築も行っている。
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