اندازه‌گیری چگالی الکترون در پلاسمای کلید تریگاترون

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشکده‌ی لیزر و اپتیک، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، صندوق پستی: 8486-11365، تهران ـ ایران

2 پژوهشکده‌ی‌ فیزیک پلاسما و گداخت هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی، صندوق پستی: 5113-14399، تهران ـ ایران

3 دانشکده فیزیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، کدپستی: 13114-16846، تهران ـ ایران

چکیده

بهینه‌سازی سنجه‌های محیط پلاسمایی کلید گازی سه الکترودی تریگاترون، به دلیل کاربرد گسترده‌ی آن در اغلب تجهیزهای پلاسمایی، مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. مبانی نظری کار مبتنی بر شبیه‌سازی مدار تخلیه شامل: خازن اصلی، ضریب القایی مدار و مقاومت پلاسما در حالت کلید بسته، با یک نوسان‌گر کندمیرا بوده است. ولتاژ کلید در محدوده‌ی 6 تا 15 کیلوولت، فشار داخل کلید در بازه‌ی 1 تا 5/1 اتمسفر و شکاف جرقه در گستره‌ی 4/1 تا 8/2 میلی‌متر بود. چگالی الکترون محیط پلاسمایی درون کلید گازی در حالت شکست خودبه‌خود با استفاده از اندازه‌گیری جریان و ولتاژ وابسته به زمان کلید تعیین شد. چگالی الکترونی پلاسما در محدوده‌ی 1024×5/0 تا 1024×5/3 بر متر مکعب به دست آمد و این بازه با مقدارهای گزارش شده برای محیط پلاسمایی مربوط به تخلیه‌ی قوس و جرقه در فشار جو و بالاتر از آن، که مبتنی بر عملکرد جویباری شکست الکتریکی است، در تطابق خوبی است.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Measurment of the plasma electron density of a trigatron switch

نویسندگان [English]

  • Majid Aram 1
  • Nader Morshedian 2
  • Sajad Asadi 3
  • Ismaeil Eslami 3
  • Fariba Mansouri 1
چکیده [English]

Because of its wide applications in plasma based equipment, plasma parameters of a trigatron switch are investigated with the intention of the switch optimization. The theoretical method is based on the simulation of a closed switch discharge circuit, included the main capacitor, total circuit inductance, and plasma resistance, in an under damped oscillator. The charging voltage is between 6 to 15 kilovolts, the switch pressure is between 1 to 1.5 atmospheres and the gap is 1.4 or 2.8 mm. The density of the discharge plasma of the switch in self-breakdown mode is determined using the recorded time varying voltage and the switch current. The obtained electron density of plasma is (0.5-3.5)×1024 per cubic meter, which is in good agreement with the results published in standard references for arc and spark plasma in atmospheric pressure, based on the streamers mechanism.
 
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Trigatron switch
  • Electron density
  • Plasma

[1] E. Kauffel, W.S. Zaengl, High voltage engineering: fundamentals, Elsevier. Ltd, 2nd. ed, ch5 (2000).

[2] F.B.A. Frungel, High speed pulse technology, Academic Press, 1, Sec.B (1965).

[3] M. Aram, F. Soltanmoradi, A. Behjat, Investigation on parallel spark array pre-ionization TEA CO2 laser Proceedings of SPIE, 5483 (2004) 43-50.

[4] M. Aram, F. Soltanmoradi, A. Behjat, F. mansoore, Parameters of a Trigatron-driven low-pulse-repetition-rate TEA CO2 laser pre-ionized by a surface corona discharge, Q.E. 37(1) (2007) 60-62.

[5] A. Hariri, M. Tarkashvand, F. Ardavani, A.A. Yaraghchi, Experimental investigation of the T E (transversely excited) N2 laser, Scientific Bulletin of the Atomic Energy Organization of Iran, 3 (1362) 62-79.

[6] J.J. Rocca, Capillary discharge tabletop soft
X-ray lasers reach new wavelengths and applications, in C.R. Acad. Sci. Paris, t. 1, Série IV, (2000) 1065-1081.

[7] S.L. Maron, M.G. Grothaus, L.W. Hardesty, Hydrogen spark switches for rep-rated accelerators, International Conference on High-Power Particle Beams, 1 (1992).

[8] M. Aram, Characteristics study of a trigatron with homo and hetero-polar triggering configurations, Journal of Nuclear Science and Technolog, 34(2) (1384) 33-38.

[9] I.H. Hucthinson, Principles of plasma diagnostics, Cambridge Academic Press (2005).

[10] J.R. Reitz, F.J. Milford, R.W. Christy, Foundation of electromagnetic theory, 4th ed., ch 12, (2008).

[11] J.T. Verdeyne, Laser electronics, 3rd ed., ch17, (1995).

[12] H. Raether, Electron Avalanches and Breakdown in gases, Butter Worths (1964).

[13] Y.P. Raizer, Gas Discharge physics, Springer-Verlag (1991).