نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
پژوهشکده پلاسما و گداخت هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، 51113- 14399، تهران، ایران
چکیده
در این مقاله ابتدا به شرح اجمالی دستگاه ساخته شده مولد پلاسمای القایی 56.13ICP- (فرکانس کاری MHz56/13) که شامل دو مشعل تحت خلأ و فشار اتمسفری می‌باشد، می‌پردازیم. سپس با تمرکز بر عملکرد مشعل تحت فشار خلأ، مشخصه‌یابی دمایی پلاسما و وقوع پدیده گذار از مد E به H در اثر تغییر پارامترهای آزمایش شامل فشار اولیه و توان اعمالی بر روی پلاسما مورد بحث قرار می‌گیرند. بر اساس اندازه‌گیری‌های طیف‌سنجی انجام شده برای گاز آرگون در فشارmbar 4 و به ازای توان ورودی RF W400 دمای تحریک الکترونی پلاسما به روش ترسیم بولتزمن حدود 11636 به‌دست آمد. هم‌چنین، با استفاده از معادلات حاکم بر میدان‌های الکترومغناطیس در پلاسمای ICP، تصحیحات امپدانس سیستم در اثر استتار پلاسما و هم‌چنین رابطه توان جذب شده با چگالی پلاسما و فشار زمینه به دست آمده است. بر اساس این روابط، رفتار منحنی‌های بار مورد تحلیل قرار گرفت و بروز پدیده گذار از مد E به H در این منحنی‌ها استنتاج گردید.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
Temperature measurement and examination of E to H transition in vacuum ICP plasma
نویسندگان [English]
- S.M. Tabatabaie
- J. Yazdanpanah
- A.R. Hefzolsehhe
Plasma and Nuclear Fusion Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, P.O.BOX:14399-51113, Tehran, Iran
چکیده [English]
In this paper, we first briefly describe the constructed Inductively Coupled Plasma Source device, ICP-13.56, which includes two vacuum and atmospheric pressure torches. Afterward, focusing on the vacuum-torch operation, we discuss the plasma temperature characterization and examine the phenomenon of E to H mode-transition during the variation of experiment parameters including the initial pressure and input RF power. Based on the spectroscopic measurements of argon gas at pressure 4 mbar and input RF power 400 W, the electron excitation temperature of 11636 °K was obtained using the Boltzmann line method. Additionally, we have calculated the absorbed power in terms of plasma density and gas pressure using equations governing electromagnetic fields in ICP plasma. According to these relations, behaviors of load characteristics have been analyzed and E to H mode transition has been identified.
کلیدواژه‌ها [English]
- ICP torch
- E-H transition
- Plasma temperature
- Lieberman M.A, Lichteberg A.J. Principles of Plasma Discharge and Materials Processing. 2005.
- Alavi S, Mostaghimi J. A Novel ICP Torch with Conical Geometry. Plasma Chemistry and Plasma Processing. 2019;39:359.
- Croccolo F, Barni R. Transition between E-mode and H-mode in a cylindrical inductively coupled plasma reactor. High Temperature Material Processes. 2010;14:119.
- Zhao S.X. Mode Transition and Hysteresis in Inductively Coupled Plasma Sources, Book chapter in “Plasma Science and Technology: Basic Fundamentals and Modern Applications”. Edited by Haikel Jelassi. Djamel Benredjem. IntechOpen. 2018.
- Lee H.C, Chung C.W. Effect of Electron Energy Distribution on the Hysteresis of Plasma Discharge. Theory, Experiment, and Modeling. Scientific Reports. 2015;5:15254.
- Mitsui Y, Makabe T. Review and current status: E ⇌ H mode transition in low-temperature ICP and related electron dynamics. Plasma Sources Sci. Technol. 2021;30:023001.
- Lee M.H, Chung C.W. On the E to H and H to E, transition mechanisms in inductively coupled plasma. Physics of Plasmas. 2006;13.
- Tabatabaei S.M. Design and construction of ICP plasma system to Characterization of Current & Voltage in Vacuum mode. Scientific and Technical Report. Nuclear Sciences and Technologies Research Institute. 2021; [In Persian].
- Sohbatzadeh F, Omidi Z, Kashi N. Iranian Journal of Physics Research. 2016;17:647 [In Persian].
- Xiao X, Hua X, Wu Y. Comparison of temperature and composition measurement by spectroscopic methods for argon–helium arc plasma. Optics & Laser Technology. 2015;66:138.
- Chapelle P, Czerwiec T, Bellot J.P, Jardy A, Lasalmonie D, Senevat J, Ablitzer D. Plasma diagnostic by emission spectroscopy during vacuum arc remelting. Plasma Sources Sci. Technol. 2002;11:301.
- Wiese W.L. Spectroscopic diagnostics of low temperature plasmas: techniques and required data. Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy. 1991;46:831.
- Caughlin B.L, Blades M.W. An evaluation of ion-atom emission intensity ratios and local thermodynamic equilibrium in an argon inductively coupled plasma. Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy. 1984;39:1583.
- Griem H.R. Validity of Local Thermal Equilibrium in Plasma Spectroscopy. Phys. Rev. 1963;131:1170.
- Wiese W.L, Brault J.W, Danzmann K, Helbig V, Kock M. Unified set of atomic transition probabilities for neutral argon. Phys. Rev. 1989;A39:2461.
- Chabert P, Braithwaite N.St.J. Physics of Radio-Frequency Plasmas. Cambridge University Press. Cambridge. 2011.
- https://lxcat.net.
- Lee Y.W, Lee H.L, Chung T.H. E-H mode transition in low-pressure inductively coupled nitrogen-argon and oxygen-argon plasmas. J. Appl. Phys. 2011;109:113302.
)