طراحی، ساخت و بهینه‌سازی طیف‌سنج سهموی تامسون به عنوان یک ابزار تشخیصی برای یون‌ها در دستگاه پلاسمای کانونی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه کاربرد پرتوها، دانشکده ی مهندسی هسته ای، دانشگاه شهید بهشتی، صندوق پستی: 1983963113، تهران ـ ایران

چکیده

 یکی از نیازهای اصلی در پژوهش‌های پلاسمای کانونی، اندازه‌گیری نوع و محدوده‌ی انرژی یون‌های تولیدی در این دستگاه به منظور استفاده از یون‌های حاصل در کاربردهای عملی یا پژوهش‌های نظری بر روی دستگاه پلاسمای کانونی است. هم‌چنین در سایر حوزه‌ها که اندازه‌گیری طیف انرژی یون‌ها در میدان‌های آمیخته‌ی پرتویی مورد نیاز است، طیف‌سنج سهموی تامسون ابزاری بسیار پرکاربرد است. در این پژوهش ابتدا یک نمونه طیف‌سنج سهموی ساخته شده و مورد آزمایش قرار گرفت. سپس با توجه به ایرادهای موجود در نمونه‌ی اولیه، طیف‌سنج تامسون جدیدی طراحی و ساخته شد که امکان اندازه‌گیری دقیق‌تر و با قدرت تفکیک بهتر را فراهم کرد. با هر دوی این طیف‌سنج‌ها آزمایش‌هایی در شرایط مختلف روی دو دستگاه پلاسمای کانونی مختلف انجام شد. نتایج، عملکرد مناسب طیف‌سنج در جداسازی یون‌ها برای طیف‌سنجی را نشان داد. در این پژوهش از نرم‌افزارهای CST و SRIM برای شبیه‌سازی قسمت‌های مختلف دستگاه استفاده شد. در نهایت مقایسه-ای بین نتایج حاصل از ترابرد باریکه با نرم‌افزار CST و نتایج به دست آمده در آزمایش‌ها به انجام رسید که نشان‌دهنده‌ی قابل اطمینان بودن این نرم‌افزار در ترابرد باریکه‌ی یونی در سیستم طیف‌سنج تامسون است و هم‌چنین این نرم‌افزار می‌تواند به عنوان ابزاری برای تنظیم پارامترهای دستگاه قبل از انجام آزمایش و شناسایی یون‌ها بعد از انجام آزمایش به کار گرفته شود.
 
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Design, construction and optimization of Thomson parabola spectrometer as a diagnostic tool in plasma focus device

نویسندگان [English]

  • Mohsen Nikbakht
  • Behjat Ghasemi
  • Fereydoun Abbasidavani
  • babak Shirani Bidabadi
  • Gholamreza Etaati
چکیده [English]

 One of the main requirements in plasma focus researches is determination of the type and energy range of the produced ions in order to use them in applications and theoretical research activities. Furthermore, Thomson Parabola Spectrometer (TPS) is a very useful tool for measuring ion energy spectrum in a complex radiation field. At first, a typical TPS was built and tested. Then due to bugs in the prototype, a new TPS was designed and constructed with more accuracy and resolution. Some experiments were performed on the two different plasma focus devices by both spectrometers. The results of the new device showed a good performance in separating ions. The two types of CST and SRIM software were used to simulate different parts of this device. The results of the simulations and experiments showed a good agreement and the reliability of CST software for ion beam transport in TPS systems. CST enables us to set the parameters of the system before an experiment and also to diagnose the ions after the experiment.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Plasma focus device
  • Thomson parabola spectrometer
  • CTS software

[1] H. Herold, A. Mozer, M. Sadowski, H. Schmidt, Design and calibration of a Thomson ion analyzer for plasma focus studies, Rev. Sci. Instrum, 52, 24 (1981).

[2] R.F. Schneider, C.M. Luo, M.J. Rhee, Resolution of the Thomson spectrometer, J. Appl. Phys, 57, 1 (1985).

[3] Rhee M.J, Compact Thomson spectrometer, Review of Scientific Instruments, 55 (8) (1984) 1229-1234.

[4] B. Shirani, F. Abbasi, M. Nikbakht, Production of 13N by 12C(d,n)13N reaction in a medium energy plasma focus, Applied Radiation and Isotopes, 74 (2013) 86-90.

[5] B. Shirani, F. Abbasi, Brazilian Journal of Physics, Construction and Experimental Study of a 2.5kJ, Simply Configured, Mather Type Plasma focus device, 40 (2) (2010) 125-130.

[6] D.C. Carroll, K. Jones, L. Robson, P. McKenna, The design, development and use of a novel Thomson spectrometer for high resolution ion detection, High Power Laser Science, Short Pulse Plasma Physics, Central Laser Facility Annual Report, (2005/2006) 16-20.

[7] K. Czaus, E. Skladnik-Sadowska, K. Malinowski, M.J. Sadowski, Miniature Thomson type spectrometer for mass and energy analysis of pulsed plasma ion streams, Czechoslovak Journal of Physics, 56 Suppl, B (2006).