نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

پژوهشکده پلاسما و گداخت هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی، صندوق پستی: 51113-14399 ،تهران- ایران

10.24200/nst.2021.938.1639

چکیده

در این مقاله، هدف طراحی و ساخت سامانه تشخیصی پروب لانگمویر جهت اندازه ­گیری پارامترهای پلاسما در دستگاه گداخت به ­روش محصورسازی الکترواستاتیکی اینرسی ایران (IR-IECF) به­ منظور مشخصه­ یابی چشمه‌­ی پلاسمایی این دستگاه می‌­باشد. بدین‌­منظور، یک سامانه تشخیصی پروب لانگمویر برای اندازه‌­گیری پارامترهای مختلف پلاسما از جمله دمای الکترون­، چگالی الکترون، چگالی یون، و پتانسیل پلاسما طراحی و ساخته شده است. با در نظر گرفتن مشخصات چشمه پلاسمایی دستگاه IR-IECF، الکترود مورد استفاده برای پروب یک مفتول از جنس تنگستن با قطر و طول به ترتیب 3/0 و 5/1 میلی­ متر و محافظ آن لوله‌­ای سرامیکی از جنس آلومینا با قطر داخلی 7/0 سانتی‌­متر انتخاب شده است. جنس اتصلات و پایه نگه‌­دارنده پروب بر روی محفظه خلأ نیز استیل ضدزنگ می‌باشد. مدار الکتریکی پروب قادر است ولتاژ و جریان به ترتیب 500 ولت و 1 میلی ­آمپر را تأمین نماید. نتایج به ­دست آمده نشان می ­دهد در بین دو الکترود و در فاصله 25 میلی­ متری از الکترود بیرونی، دمای الکترون برابر باeV  1/50، چگالی الکترون برابر با 31/m 1015×1/3، پتانسیل پلاسما برابر با V 198 و چگالی یون برابر با
3 1/m1015×4/0 می ­باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Design and construction of Langmuir probe diagnostic system for determination of temperature, ion and electron density and potential in IR-IECF device

نویسندگان [English]

  • M. Ghapanvari
  • A. Kargarian
  • M. Sedaghat
  • A. AsleZaeem

Plasma and Nuclear Fusion Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, AEOI, P.O. Box: 14399-51113, Tehran - Iran

چکیده [English]

This paper aims to design and construct a Langmuir probe diagnostic system for plasma parameters measurement in the Iranian Inertial Electrostatic Confinement Fusion (IR-IECF) device. For this purpose, a Langmuir probe diagnostic system is designed and constructed to determine the plasma parameters such as temperature, ion and electron density, and potential. Considering the characteristic of the plasma source of IR-IECF, the electrode selected for the probe is a tungsten wire with a diameter and length of 0.3 and 1.5mm, respectively, protected by an alumina ceramic tube with an inner diameter of 0.7cm. The connections and probe holder base on the vacuum chamber are stainless steel. The electrical circuit of the probe provides voltage and current of 500v and 1mA, respectively. The obtained results demonstrate that between two electrodes and at a distance of 25mm from the external electrode, the electron temperature, the electron density, the plasma potential, and the ion density are 50.1 eV, 3.1×1015 1/m3, 198V, and 0.4×1015 1/m3, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • IR-IECF device
  • Langmuir probe diagnostic system
  • Plasma diagnostic
1. R.F. Lang, et al., Characterization of a deuterium–deuterium plasma fusion neutron generator, Nucl. Instrum. Methods. Phys. Res., A. 879, 31 (2018).
 
2. D.L. Crintea, et al., Plasma diagnostics by optical emission spectroscopy on argon and comparison with Thomson scattering, J. Phys. D. Appl. Phys., 42, (2009).
 
3. H. Bhuyan, et al. Magnetic probe measurements of current sheet dynamics in a coaxial plasma accelerator, Meas Sci Technol., 14, 1769 (2003).
 
4. R.H. Huddlestone, Plasma Diagnostics Techniques, (New York, Academic Press, 1965).
 
5. F. Sedighi, et al., Design and fabrication of Langmuir probe system for determination of glow discharge parameters for vacuum vessel conditioning of Damavand tokamak, J. Nucl. Sci. Technol, 42, 21 (2021) (In Persian).
 
6. N. Morshedian, F. Shahverdi, A. Farahbod, Invetigations of electron temperature and density of laser-induced-plasma by Langmuir probe up to the centimeters scale distance from the target, J. Nucl. Sci. Technol, 35, 86 (2014) (In Persian).
 
7. Z. Yu, Inertial Electrostatic Confinement (IEC) Device as Plasma Injection Source, M.S. thesis, University of Washington, (2015).
 
8. D. Bhattacharjee, et al., Studies on virtual electrode and ion sheath characteristics in a cylindrical inertial electrostatic confinement fusion device, Phys. Plasmas, 26, (2019).
 
9. S. Bose, et al., Langmuir probe in collisionless and collisional plasma including dusty plasma, J. Plasma Phys., 83, (2017).
 
10. S.L. Kakani, Electronics Theory and Applications, (New Age International, 2005).
 
11. A. Waygood. An Introduction to Electrical Science, 2nd ed. (Routledge, 2013).
 
12. M.Y. Naz, et al., Double and triple Langmuir probes measurements in inductively coupled nitrogen plasma, Prog. Electromagn. Res., 114, 113 (2011).
 
13. R. Meyer, Inertial Electrostatic Confinement: Theoretical and Experimental Studies of Spherical Devices, (University of Missouri-Columbia, 2007).