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論文題目「ロングDCアークを用いたSF6の分解機構の解明」

松井和希

1. 緒言
　化学的に非常に安定であるSF6は，主に変電所のガス遮断器や半導体産業におけるクリーニングガスとして使用されている．工業的に有用である反面，地球温暖化係数は約24,000と非常に高く，様々な分解処理手法が考えられている．中でも熱プラズマ処理は高温ゆえの高化学活性という特徴より，処理速度が速く，有害な副生成物を生じないという利点がある．
　そこで，本研究では新規の熱プラズマ発生方法であるロングDCアークを用いたSF6の分解を試みた．ロングDCアークは通常のDCアークよりも一桁以上長い電極間距離(300 mm)を有する．このため被分解物質の滞留時間が長く，難分解性であるフッ素系ガスの分解には非常に有用である．

2. 実験装置及び実験方法
　プラズマガスとしてN2 (30 L/min)，被分解ガスとしてSF6 (1 L/min)，添加ガスとしてH2 (0, 0.5, 1.0 L/min)を選定し，それらの混合ガスを反応管上部から流した．添加ガスとしてH2を用いる理由は，SF6の再結合を抑制するためであり，H/Fモル比として0.0，0.17，0.33と変化させた．
　SF6は反応管内ロングDCアークによって分解処理される．処理後の気体はHFを含むことが想定されるため，スクラバにて水酸化カリウム水溶液で中和処理を行ない，スクラバ下流で残りのガスをサンプリング，または排気する．分解率，生成ガス組成の検討のため，サンプリング後のガスはガスクロマトグラフ(GC)とGC質量分析器(GC-MS)により分析を行う．

3. 実験結果
　H/Fが0.0の場合DRE(DRE: Destruction and removal efficiency)が0%であるが，これは熱分解後の再結合反応によるものである．H/Fを大きくするにつれてDREは約99%となり，SF6は完全に分解された．これはSF6分解後のFとHが結合し，安定なHFを形成したからである．またSF6の分解生成物をGC-MSで分析した．H/Fを増やすことで SOF2が生成したが，これはSF6由来のSF4がスクラバにて加水分解する際の生成物である．また，H2Sの生成も顕著である．これらよりH2を添加することによりSF6の再結合を抑制できることが示された．
　H2添加によるSF6の再結合抑制について，ギブスの自由エネルギー変化の観点から考察した．HFの生成は約5,000 K以下，SF6の再結合反応は約2,000 K以下で開始する．熱プラズマの高温場で分解された解離種による反応は，より高い温度から生成が始まるHF形成が支配的となり，SF6の再結合に必要なFが減少する．したがってSF6の再結合が抑制された．

4. 結言
　ロングDCアークシステムにより難分解性ガスであるSF6の分解処理を行い，GC分析より分解率，生成ガスについて評価した．SF6の分解はH2の添加割合を増加させることにより完全に進行した．難分解性代替フロンガスを低出力で完全分解できるロングDCアークの半導体産業における活躍が期待される．
．得られた知見より，低消耗な多相交流アークによる粉体処理プロセス構築が可能となる．