研究内容research
直流破壊現象に関する基礎研究
直流破壊現象に関する基礎研究を推進するために、新しい観測技術の開発とその適用にも積極的に取り組んでいます。直流高電界下における固体や液体材料の破壊現象は、空間電荷の影響を大きく受けために複雑です。しかも、気体の場合と比べて破壊電界は非常に高く、不確定な時期に突然引き起こされることから、その初期過程の物理については未だ不明な点が多く存在します。本研究室では、長尺イメージガイドスコープ（長さ20m）とストリークカメラの組み合わせによる直流破壊前駆現象の流し取りシステムを構築しました。図は、そのシステムで観察した針対球電極間の複合絶縁体（シリコーン油と高分子フィルム）が破壊する初期過程（10ns）のストリーク像です。
直流高電圧用電気絶縁材料に関する研究
ごみ袋の原料であるポリエチレンや、ペットボトルの原料であるPETなどを摩擦すると材料表面が帯電することはよく知られています。これら絶縁体となる材料に直流高電圧による電気ストレスを加え続けると、材料表面だけでなく内部にも電気（電荷）が侵入します。なぜこのような現象が起こるのか、その物理的な過程や、それが絶縁信頼性に及ぼす影響については、未だに不明な点が多々あります。これらを研究し、理解することが、暮らしや産業に直結する電気を長期間故障することなく送電できる安全性の高い電線の開発など、直流送電技術の信頼性向上につながっていきます。
持続可能な社会づくりに向けて、再生可能エネルギーを活用しつつ、従来よりも高効率な電力輸送システムを構築するためには、交流を用いた送電だけでなく、直流高電圧を用いた送電が必要です。近年、多様になり、複雑化する送電状況のもと、高電圧研究室では、直流高電圧用電気絶縁材料に関する研究をしています。電気を帯びた材料内部から発せられる超音波を検出することにより、内部に蓄積した電荷密度を計測する手法を用いて、絶縁材料における電気伝導の仕組みの解明に挑んでいます。下記の動画は、ポリエチレンに注入される空間電荷の実験結果（左）とシミュレーション結果（右）です。
ナノ秒極性反転パルス放電の物理と環境保全技術への応用
環境への問題意識の高まりに伴い、放電を利用した環境保全機器の開発が盛んです。特に、幅の短い高電圧パルスを繰り返し印加することにより得られる非平衡プラズマを利用したオゾン生成、排ガス処理および排水処理が注目されています。私たちは電極間に直流バイアスが加わった状態のもとで10-7秒以下の短期間だけ極性が反転したときの放電現象の物理について研究するとともに、この手法の排ガス処理や排水処理技術への適用を目指しています。模擬排ガスの酸化分解実験において、従来技術である単一極性の繰り返しパルス放電処理方法よりも遥かに高い処理効率を得ることに成功しています。
また、パルスパワーを用いた排ガス中や廃水中に含まれる難分解性物質を分解する技術を高効率化させるため、静電噴霧（エレクトロスプレー ）により微小液滴を拡散させると共に、同一電極からストリーマ放電を進展させる技術を開発しました。本手法の処理効率は、トルエン含有ガスの分解実験において、放電単独処理よりも高い値を示すことが明らかになっています。
インバータ駆動モータの部分放電劣化評価装置の開発
インバータ制御により駆動するモータには、インバータサージと呼ばれる異常電圧が高頻度にて伝搬するため、これによる絶縁劣化が問題視されています。私たちは、誰でも簡単に、モータ絶縁材料の部分放電発生確率を自動測定できる装置を開発しました（特願2009-53036）。放電現象は電圧波形や雰囲気などに影響します。本装置は，これらのパラメータを制御できるのはもちろん、部分放電の発生確率を自動的に統計処理してくれるので、各種絶縁材料の評価に用いることができます。
高電圧の農業応用に関する研究
雷のことを稲妻ともいいます。この言葉は，雷が多い年は豊作になるという言い伝えが語源であると言われています。植物種子にある条件下で電気的な刺激を与えると，発芽が促進されることは古くから知られている事実です。また，種子に付着した細菌類や真菌類が放電により死滅することも知られています。最近この現象を利用した農薬を用いない殺菌技術の開発が進んでいます。私たちは，高電圧を用いた種子の発芽促進や殺菌処理の実用化研究を推進しています。下の動画は、未処理（Control）より、10分〜30分の放電処理を施したカイワレ大根が、発芽促進している様子です。