３ HO・と両極性イオンのエアロゾル粒子及び平板への衝突量
HO・と正負イオンのエアロゾル粒子への衝突量を比較し，HO・の平板へ衝突量を求める．以下，粒子と平板は電気的に中性でかつ電荷の偏りは無いものとする．なお，HO・は反応性が極めて高く，拡散律速に近い速度で有機物と反応する．
３．１ HO・の粒子への衝突量
エアロゾル粒子には気体分子が拡散によって衝突する．大気を構成する酸素と窒素分子の平均自由行程は約65[nm]であり，対象気体の平均自由行程が粒子径より十分小さい時，直径dの球形粒子表面へ気体分子が単位時間当たりに衝突する回数Φは，Ｄを対象気体の拡散係数，Ｃをその濃度とし，拡散方程式を解くと定常状態で，
Φ = 2πdDＣ (51)
となる/33/．
３．２ 両極性イオンの粒子への衝突量
正負イオンとエアロゾル粒子が混在する時，正負イオンがエアロゾル粒子へ十分な衝突を行った後は，粒子の荷電量は平衡に達する．イオン数濃度が粒子数濃度に比べ十分大きい場合は，この平衡荷電の状態は実現されやすくBoltzmann分布となる/33/．即ち，全粒子数濃度Nのうち，荷電数p(pは正負の値とする)の粒子数濃度をＮpとすると，MKS単位系で，
ここに，
，ε0は真空の誘電率(空気の比誘電率は1.006)，kはBoltzmann定数，Tは温度である．正または負のイオン濃度Ciと時間tの積Cit>8×105 [s/cm3]でほぼ平衡荷電に達し，Boltzmann分布となる/33/．
外部電界が無い場合，イオンは拡散によって粒子表面へ付着し，これは拡散荷電(diffusion charge)と呼ばれる．以下，粒子の粒径はイオンの平均自由行程より十分大きく，比誘電率はεr≫1，また，イオンの濃度Ｃiと拡散係数Diは正負イオンで等しいものとする．正負イオンが単位時間に直径ｄの無荷電粒子へ衝突する回数Φi0は，拡散方程式から，
Φi0 = 2πdDiＣi (54)
となる．自由電荷と誘導電荷による力を加味して拡散方程式を解くと，正イオンのp個正荷電粒子への，または負イオンのp個負荷電粒子への単位時間当たり衝突回数Φisと，正イオンのp個負荷電粒子，または負イオンのp個正荷電粒子への単位時間当たり衝突回数Φidは，
となる/33/．ここにｙは，
で，静電ポテンシャルと熱運動エネルギーの比であるクーロン結合係数(Coulomb coupling coefficient)に相当する．なお，これはＭＫＳ単位系での表示である．ΦidのΦi0に対する比である荷電粒子凝集定数補正因子βEは，
となる．
図9に，平衡荷電時のBoltzmann分布Ｎp/N(|p|≦30)，図10に荷電粒子凝集定数補正因子βEを示す．
また，正負を合わせた粒子1個当たりの平均荷電数pav ，
とそのβEを表16に示す．
表16. 平均荷電数 pavとその荷電粒子凝集定数補正因子βE
|
dp[μm] |
0.1 |
0.5 |
1 |
5 |
10 |
|
pav |
0.678 |
1.653 |
2.36 |
5.317 |
7.495 |
|
βE |
1.20 |
1.10 |
1.07 |
1.03 |
1.02 |
図9，10と表16から，平衡時の荷電量は粒径が大きくなると増大するが，異種イオンの凝集効果は小さくなる．
対象粒子の大きさは，花粉が10〜30[μm]，ダニアレルゲン粒子やカビの胞子が数〜数十[μm]，細菌が0.3〜数[μm]であり，平均荷電数のβEは1.2に満たない．
また，クラスターは単独の分子に比べ粒径が大きく，拡散係数が小さくなる．水蒸気の空気中における拡散係数は，
で，T=298[K]の時，D=0.256である．一方，大気中のH3O+(H2O)n(n=1〜6)の拡散係数は平均でDi=0.028[cm2/s]である/33/．
３．３ 平板への衝突量
拡散係数Ｄのガスが，平板から距離x0で一定濃度C0で供給され，ガスは気相中反応せず，平板に衝突したガス分子は全て吸着されて時間と関係なく定常状態となっている場合，拡散方程式は，
であり，境界条件は，
である．これらから単純に濃度Ｃは距離xに比例し，
となる．平板へのフラックスφはFickの法則から，
であり，
となる．また，平板への単位面積当たりの拡散衝突量χは時間ｔとして式(66)から，
である．
シャープの腸球菌膜タンパク分解実験では，シャーレ上の正負イオン濃度を5000[1/cm3]とし，180分で菌は100%死滅している/34/．腸球菌の大きさは1[μm]であり，D=0.256[cm2/s]，x0=1[cm]，C0=104〜109[1/cm3] の時，１平方μm当たりのχをt[min]≦180で図11に示す．図中の指数表示1.0 E4は104を表す．t=180[min]におけるχは，C0=106,107,108[1/cm3]で，各々 27.6，276，2760[1/μm2]である．
１ 熱力学的考察 〔 図1-3，表１-15，式(1)-(47) 〕
２ 誘電体バリア放電，外気，及び室内のHO・濃度 〔 図4-8，式(48)-(50) 〕
３ HO・と両極性イオンのエアロゾル粒子及び平板への衝突量 〔 図9-11，表16，式(51)-(67) 〕
４ ＤＢＤで発生する活性酸素濃度の数値計算シミュレーション〔 図12-22，表17-20，式(68)-(79) 〕
５ プラズマクラスター発生装置の活性種 〔 式(80)-(87) 〕
８ プラズマクラスター発生装置の生活空間での有効性〔 図23-31 〕