XK星空官网 世界首创超高精度测量技术:阐明等离子体照射水反应

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八田昭光

专业领域

等离子体科学与工程、电气电子材料、能源与环境教育

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等离子,为每个先进领域开辟可能性

等离子体被认为是继固体、液体和气体之后的第四种物质状态。研究一直在寻找等离子体在广泛行业中的应用,例如等离子电视和空气净化器等熟悉的产品,但等离子体的本质仍然是个谜。 Hatta教授是等离子体应用研究专家,从多个角度研究等离子体。

教授。 Hatta说:“我目前正在进行的研究包括环保无汞光源的开发、碳纳米管等纳米级半导体器件、人造金刚石(有望成为超高性能材料)的生产以及等离子体的医疗用途。我对等离子体的研究正在扩展到多种类型。等离子体的应用范围非常灵活。”

大约 70 年前,研究开始致力于在地球上创造人造太阳(称为核聚变)。如果实现,这一梦想技术将为能源问题带来戏剧性的解决方案。 Hatta 教授在大学期间完全专注于等离子体研究。他是研究这一概念的实验室的成员,该概念可能成为人类未来的能源。

教授。 Hatta解释说:“如果没有核聚变的研究目标,我相信等离子体研究不会如此受欢迎。在使用等离子体作为能源的工作中,道路很长,并且经历了许多曲折。现在所有这些研究已经产生了多种技术,包括用于直线电机汽车的超导材料。

随着等离子体研究的不断进步,Hatta教授的等离子体研究范围正在大大扩展。

大胆踏入未探索的领域

八田教授的研究项目之一,与高知医学院联合开展的血浆医学治疗研究,正在取得巨大成果。大约十年前,随着在大气中产生等离子体的技术的发展,对人类和植物的等离子体照射的研究开始进行,并且在先进医疗保健中应用的可能性是显而易见的。等离子体辐射选择性杀死癌细胞的发现引起了人们的关注,作为癌症治疗新技术的一步。

教授。 Hatta 解释说:“我们并不完全理解为什么会发生这种现象,因此分析这一现象是等离子体研究人员的一项主要任务。”

人体大部分由水组成。因此,阐明等离子体如何照射水的机理非常重要,例如什么样的物质会引发发芽;这种物质在辐照下如何变化;它如何溶解在水中;以及它如何被运输到身体的细胞。

教授。 Hatta 补充道:“为此,首要任务是准确测量水受等离子体照射时产生的氧基和氮基活性化合物,例如过氧化氢、亚硝酸和硝酸。测量比我们想象的要复杂得多,因此花费的时间比我们预期的要长得多。”

为什么这么难?哈塔教授积极地解决了这个问题中一个未被探索的因素。他发现,当水受到等离子体照射时,在吸收光谱的真空紫外区域(波长为190至200 nm)会出现复杂的行为。他发现,随着氧基和氮基活性化合物浓度的变化,水中溶解氧的浓度也发生变化,导致吸收光谱发生变化。尽管氧气吸收波长为 200 nm 或更短的光是众所周知的现象,但很明显,不仅应考虑溶解在气体中的氧气,还应考虑溶解在水中的氧气。

随后,Hatta 教授想到了通过扩展到真空紫外区域的吸收光谱来测量产生的氧基和氮基活性化合物的想法。他成功地进行了非常精确的测量,同时考虑了水中溶解氧引起的光谱变化,从而建立了一项新技术。

他解释说:“这是世界上第一个以 PPM 水平实时分析水面照射所产生的化合物的类型和数量的技术。准确的测量是阐明等离子体照射水的影响以及该机制如何影响生命体的重要因素。”

教授。哈塔说,他目前正在与南澳大利亚大学合作进行实验和分析,以确定直接对水进行等离子体照射和通过人造皮肤进行等离子体照射之间的区别。预计所得数据将为血浆在医疗中的实际应用提供重要知识。

“有很多人不愿意接触自己不理解的事物,但我认为这不是正确的态度。除非你努力去了解超出你经验的东西,否则不可能有真正的进步。我的自然倾向是通过一项又一项的实验来加深我的理解并最终解决问题。我不会从某种特殊的先入为主的想法开始;我只是继续认真探索,直到我确信我已经找到了解决方案。”

对于等离子体辐照水的应用,Hatta教授也在探索海水中微等离子体的产生以及发射光谱测量技术的发展。

他解释道:“目前,深海海洋资源正在受到全世界的关注,需要一种能够连续分析海水中有用物质的化学成分的技术。我们认为,通过在深海中产生等离子体进行光谱分析,或许可以测量海水中存在的物质的化学成分。”

使用极细的放电电极可以在海水中产生微等离子体。然后可以用聚光镜收集放电产生的光并用分光镜进行分析。使用该技术,人们发现即使在海水中也可以获得清晰的光谱。未来,将进行类似的深海实验,作为迈向实用测量技术的一步。

等离子体世界继续激发人们的好奇心

等离子体研究起源于能源问题的研究。 Hatta教授也对能源问题非常感兴趣,长期与该地区的中小学合作从事与能源相关的环境教育工作。他对结果感到自豪:“我们与学生合作创建的人力自行车发电机作为实验室学习体验,展示了世界上最好的性能。”他的努力和热情是有目共睹的。从研究到教育,Hatta 教授一直以非常流畅、灵活的方式探索血浆世界。等离子有何有趣之处?

他回答道:“等离子体并不简单;它的性格就像猫一样,难以预测。我们对结果抱有一定的期望进行实验,但通常会发生意想不到的事情,每次发生都会有新的发现。乐趣在于发现一个又一个我不知道、我没有想象到的东西。”

目前,Hatta 教授的秘密目标是开发生产价格实惠的人造钻石的技术。

“我对人造金刚石进行了很长时间的研究,但我们还没有解决成本问题。由于金刚石作为半导体具有超高性能,如果能够廉价地制造工业级金刚石,工业应用将带来很高的需求。我的梦想是有一天建立一个秘密的金刚石工厂,”他笑着说。

等离子体继续激发研究人员的求知欲。它的可能性有可能开辟全新的发现领域。