طیف‌سنجی پرتوهای ایکس نرم دستگاه پلاسمای کانونی صنعتی شریف با استفاده از طیف‌سنج ساخته شده با بلور خمیده‌ی استوانه‌ای

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده ی مهندسی انرژی، دانشگاه صنعتی شریف

2 دانشکده ی مهندسی انرژی و فیزیک

چکیده

دستگاه پلاسمای کانونی قابلیت تولید الکترون، یون، نوترون و پرتو ایکس نرم و سخت را در گستره‌ای از طول موج‌ها و انرژی‌ها دارد. در این پروژه برای طیف‌نمایی پرتوهای ایکس نرم گسیلیده از دستگاه پلاسمای کانونی دانشگاه صنعتی شریف یک طیف‌سنج طراحی و ساخته شد. طرح کلی این طیف‌سنج طرح جوهان است که در آن از یک بلور خمیده‌ی استوانه‌ای استفاده شده است.
نحوه‌ی عملکرد این طیف‌سنج براساس قانون براگ بوده و دلیل استفاده از بلور خمیده در آن، متمرکز کردن پرتوهای با طول موج یکسان در یک نقطه و بالا بردن شدت آن‌ها است. برای انجام آزمایش‌ها، شرایط بهینه‌ی دستگاه پلاسمای کانونی (فشار و ولتاژ) به وسیله‌ی آشکارسازهای دیود نوری و دوربین روزنه سوزنی بررسی و تعیین شد. با انتخاب چیدمان مناسب بین طیف‌سنج پرتو ایکس و دستگاه پلاسمای کانونی و تخلیه‌ی دستگاه در شرایط بهینه‌ی گسیل پرتو ایکس نرم، خطوط طیفی ثبت شده بر روی فیلم رادیوگرافی و گذارهای اتمی مربوط به آن‌ها تحلیل و اندازه‌گیری شد. نتیجه‌های آزمایش‌ها نشان داد که طول موج‌های پرتو ایکس نرم گسیلیده از پلاسمای آرگون یونیده شده، عمدتاً در بازه‌ی بین 3 تا 4 آنگستروم بوده و از این بین، گذار اتمی p2s1-2s1 مربوط به گسیل طول موج 943/3 آنگستروم دارای بیش‌ترین شدت در بین سایر خطوط طیفی است.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Design and construction of a bent crystal spectrometer for studying soft X-rays of Sharif Plasma Focus

نویسندگان [English]

  • Abdolhadi Hosseinzadeh 1
  • Gholamreza Etaati 2
  • Naser Vosoughi 1
چکیده [English]

A soft X-ray spectrometer based on Johann's method and an embedded curved crystal which was designed and fabricated for the Sharif University of Technology's Plasma Focus (SUT-PF) is presented in this paper. Focusing rays with the same wavelength at a point to increase the ray intensity is a reason for choosing the cylindrical curved crystal spectrometer since its performance is inspired by Bragg's law. The optimal conditions for the SUT-PF (pressure and voltage) are determined and examined by a photodiode detector and a pinhole camera before the experiments. Under the optimal discharge condition for soft X-ray generation, the recorded spectral lines on the radiography film and the corresponding atomic transitions are measured and analyzed using a suitable arrangement of the spectrometer and PF device. Experimental results confirm that the wavelength of the emitted soft X-ray from the ionized argon plasma is mainly in the range of 3 to 4 angstrom, where the atomic transition of 1s2-1s2p at the emitted wavelength of 3.943 angstrom has the highest intensity compared to other spectral lines.
 
 
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Plasma Focus
  • Spectrometer
  • X-Ray
  • Pinhole camera
  • Curved crystal

[1] Y. Kato, I. Ochiai, Y. Watanabe, S. Murayama, Plasma focus X-ray source for lithograghy, J. Vac. Sc. Technol. B 6, (1988) 195-198.

[2] W. Neff, J. Eberle, R. Holz, R. Lebert, F. Richter, SPIE, 1140 (1989) 1310.

[3] N.A. Nyson, X-rays in Atomic and Nuclear Physics, University of Birmingham, 2nd Edition, (1990).

[4] Alin Constantin Patran, PHD. Thesis, Nanyang Technological University, (2002).

[5] N.V. Filippov, T.I. Filippov, V.P. Vinogradov, dense high temperature plasma in a noncylindrical Z-pinch compression, Nuclear Fusion Suppl., 2 (1962) 577.

[6] J.W. Mather, Investigation of the high energy acceleration mode in the coaxial gun, phys. Fluid Suppl., 7 (1964) 5.

[7] S. Hussain, S. Ahmad, M.Z. Khan, M. Zakaullah, A. Waheed, Plasma focus as a high intensity flash X-ray source for biological radiography, J. Fusion Energ, 22 (2004) 3.

[8] F.N. Beg, Sv. Lebedev, Sn. Bland, Jp. Chittenden, Ae. Dangor, Effect of discrete wires on the implosion dynamics of wire array Z pinches, J. Appl. Phys., 88 (2000) 6.

[9] T. Zhang, R.S. Rawat, S.M. Hassan, J.J. Lin, S. Mahmood, T.L. Tan, S.V. Springham, P. Lee, S. Lee, IEEE Trans. Plasma Sci., 34 (2006) 5.

[10] K. Behler, H. Bruhns, Three fluid magnetohydrodynimical simulation of plasma focus discharges, Phys. Fluid, 30 (1987) 12.

[11] M. Scholz, B. Bienkowska, V.A. Gribkov, Plasma focus as a source of intence radiation and plasma streams for technological applications, Acta Physica Slovaca, 54(1), (2004) 35-42.

[12] Gunter Zschornack, Handbook of X-Ray Data, ISBN 978-3-540-28618-9, Springer-Verlag Inc., (2007).

[13] A. Authier, X-ray and neutron dynamical diffraction, theory and applications, Plenom Press, (1996).

[14] R.S. Rawat, T. Zhang, G.J. Lim, W.H. Tan, S.J. Ng, A. Patran, S.M. Hassan, S. Lee, Soft x- ray imaging using a neon filled plasma focus x-ray source, J. Fusion Energ., 23 (2004) 1.

[15] P. Beiersdorfer, S. Von Goeler, M. Bitter, K.W. Hill, R.A. Hulse, Bent Crystal Spectrometer for the Ultra soft X-Ray Region, University of California, CA 94550, USA.

[16] Yuri Anatoly Podpaly, Upgrade of the Neon Soft X-Ray Spectrometer for Alactor C-Mod, BSC Thesis, Department of Nuclear Engineering, MIT University, (2007).

[17] S.P. Abbasi, X-Ray Spectroscopy of Dena Plasma Focus with bent Crystal Spectrometer, MSC Thesis, Physics Department, K.N.T University, Tehran, (2005).

[18] Leonid Azaroff, X-Ray Diffraction, New York, McGraw-Hill, (1974).

[19] http://henke.lbl.gov/optical constants/.

[20] Shan Bing, Comparative Study of Dynamics and X-Ray Emission of Several Plasma Focus Devices, PHD. Thesis. Nanyang Technological University, (2010) 191-192.