پایداری عملکرد، بازده پینچ و ضریب سرعت در دستگاه پلاسمای مینیاتوری J 3 با هندسه‌های مختلف الکترودها

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده‌ی فیزیک و مهندسی انرژی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، صندوق پستی: 158754413، تهران ـ ایران

چکیده

با توجه به اهمیت پایداری عملکرد دستگاه­های پلاسمای کانونی مینیاتوری در تولید پینچ­های قوی و تکرارپذیر، در این مقاله ضمن ارایه­ی مشاهدات تشکیل ستون پینچ در یک دستگاه پلاسمای کانونی J 3، پایداری عملکرد آن در دو شیوه­ی تک شات و شیوه­ی تخلیه­ی تکراری در بسامدهای 0.5Hz  و 5Hz نشان داده شد. هم­چنین، عامل­های ایجاد نقص در تخلیه­ی الکتریکی و راه­کارهای جلوگیری از آن ارایه شدند. سپس، بازده دستگاه و قدرت پینچ پلاسما برای چهار هندسه­ی مختلف الکترودها با استفاده از نتیجه­های تجربی و محاسبات نظری به ازای فشارهای 0.8  ، 1.1  ، 1.3  ، و torr­1.5  گاز آرگون و ولتاژهای شارژ 8.3 ، 8.5 ، 8.7 ، 8.9 ، 9.1 ، و kV 9.3 محاسبه شدند. مشخص شد که هندسه­ی آند مخروطی ضمن وسیع نمودن محدوده­ی فشار کاری گاز از 0.6  تا torr 1.5  ، بیش­ترین دامنه­ی قله­ی تیز ولتاژ را نیز تولید می­کند. هم­چنین، عامل­های مهم طراحی دستگاه مانند عامل سرعت و حساسیت پینچ برای الکترود بهینه تحت شرایط کاری فوق محاسبه شد. مشخص شد بهترین شرایط فشرده­سازی ستون پلاسما در این دستگاه در فشار و ولتاژکاری بهینه­ی­ به ترتیب mbar 0.88±0.8­و­8.3-kV­8.5­است و در صورت ملاک بودن عملکرد پایدار دستگاه برای تولید پینچ­های قوی و تکرارپذیر، محدوده­ی ولتاژکاری 8.5­-8.7­kV­و­فشار­گاز0.6 -1.1 mbar است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Operation stability, pinching efficiency and speed factor in 3-joules miniature plasma pinch generator, for different electrodes geometry

نویسندگان [English]

  • M Habibi
  • H Jafari
چکیده [English]

Regarding the importance of the stability in a miniature pinch plasma generator in repetitive and strong plasma pinch, the stable operation of a 3J miniature plasma focus device in two single-shot and repetitive discharge modes (at 0.5Hz and 5Hz discharge frequencies) and the factors in creation of switch misfire was demonstrated. Then, the device efficiency and strength of the plasma pinch for four different coaxial electrode configurations were studied, upon scanning argon gas pressure ranged from 0.6 to 1.5 mbar via the study of the charging voltage variation from 8.3 to 9.3 kV. It was observed that the strength and efficient pinching is appropriately produced for the tapered anode configuration over an expanded operating pressure ranged from 0.6 to 1.5 mbar. After the calculation of the speed factor and pinch sensitivity for the optimum electrodes geometry, it was shown that the best plasma compression at the pinch phase was associated with 0.88±0.8 mbar argon gas pressure and 8.3-8.5 kV charging voltage, respectively. From the viewpoint of the stability assessment of the device, it was observed that the stable operation of the device was for the charging voltage of 8.3 to 8.7 kV in the operating pressure of 0.6 to 1.1 mbar.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Miniature plasma generator
  • Pinching Efficiency
  • Speed Factor

 

1. T. J. Bürvenich, J. Evers, and C. H. Keitel, Nuclear Quantum Optics with X-Ray Laser Pulses, Phys. Rev. Lett. 96, 142501 (2006).

2. B. Adams et al. X-ray quantum optics, J. Mod. Opt. 60, 2 (2013).

3. B.W. Shore, The Theory of Coherent Atomic Excitation, (Wiley, New York, 1990).

4. W.-T. Liao, A. Pálffy, and C. H. Keitel, Nuclear coherent population transfer with X-ray laser pulses, Phys. Lett. B. 705, 134 (2011).

5. W.-T. Liao, A. Pálffy, and C. H. Keitel, Three-beam setup for coherently controlling nuclear-state population,   Phys. Rev. C. 87, 054609 (2013).

6. U. Gaubatz et al. Population transfer between molecular vibrational levels by stimulated Raman scattering with partially overlapping laser fields. A new concept and experimental results, J. Chem. Phys. 92, 5363 (1990).

7. K. Bergmann, H. Theuer, and B.W. Shore, Coherent population transfer among quantum states of atoms and molecules, Rev. Mod. Phys. 70, 1003 (1998).

8. N. V. Vitanov et al. Coherent manipulation of atoms and molecules by sequential laser pulses, Adv. At. Mol. Opt. Phys. 46, 55 (2001).

 

9. N. V. Vitanov et al. Laser-induced population transfer by adiabatic passage techniques, Annu. Rev. Phys. Chem. 52, 763 (2001).

10. K. Bergmann, N. V. Vitanov, and B. W. Shore, Perspective: Stimulated Raman adiabatic passage: The status after 25 years, J. Chem. Phys. 142, 170901 (2015).

11. N. V. Vitanov et al.  Stimulated Raman adiabatic passage in physics, chemistry, and beyond, Rev. Mod. Phys. 89, 015006 (2017).

12. B. Nedaee-Shakarab, M. Saadati-Niari and F. Zolfagharpour, Nuclear-state population transfer by a train of coincident pulses, Phys. Rev. C. 94, 054601 (2016).

13. A. A. Rangelov and N. V. Vitanov, Complete population transfer in a three-state quantum system by a train of pairs of coincident pulses, Phys. Rev. A 85, 043407 (2012).

14. B. Nedaee-Shakarab, M. Saadati-Niari and F. Zolfagharpour, Nuclear-state engineering in tripod systems using x-ray laser pulses, Phys. Rev. C. 96, 044619 (2017).

15. M. Altarelli et al. XFEL: The European X-Ray Free- Electron Laser. Technical Design Report, (DESY, Hamburg, 2009).

16. N. V. Vitanov, Creation of coherent atomic superpositions by fractional stimulated Raman adiabatic passage, J. Phys. B. 32, 4535 (1999).

17. P. Spiller and G. Franchetti, The FAIR accelerator project at GSI,  Nucl. Instrum. Meth. A. 561.2, 305 (2006).

18. http://www.gsi.de/en/research/fair.htm.