نوع مقاله : مقاله فنی

نویسندگان

1 پژوهشکده پلاسما و گداخت

2 پژوهشکده پلاسما و گداخت هسته ای

3 پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، پژوهشکده پلاسما و گداخت هسته‌ای

4 پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای، پژوهشکده پلاسما و گداخت

5 هیات علمی سازمان انرژی اتمی

6 پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای

چکیده

یکی از دستگاه‌هایی که به منظور محصورسازی پلاسما و انجام اندرکنش‌های گداخت هسته‌ای خصوصاً برای تولید نوترون مورد استفاده قرار می‌گیرد دستگاه محصورسازی الکترواستاتیکی اینرسی است. اعمال میدان الکتریکی قوی بین دو الکترود مشبک در این دستگاه، موجب یونیزاسیون و شتاب‌گیری یون‎ها به سمت ناحیه مرکزی آن می‌شود. انرژی یون‌ها در این ناحیه بسته به اختلاف ولتاژ اعمالی بین دو الکترود چند ده کیلو‌ الکترون‌ولت است. لذا در صورت استفاده از گاز دوتریوم موجب انجام واکنش‌های گداخت هسته‌ای و تولید نوترون‌های سریع می‌گردد. داغ شدن بیش از اندازه الکترود مرکزی (کاتد) به علت برخورد یون‌های پر انرژی یکی از معضلات عمده در این نوع دستگاه‌ها است. این موضوع علاوه بر اینکه باعث عدم امکان کارکرد دستگاه در شرایط پایدار و در زمان طولانی می‌شود، توان اعمالی به دستگاه را محدود کرده است. در این کار پژوهشی، برای رفع این مشکل یک کاتد همراه با ورودی ولتاژ بالا با قابلیت خنک شونده در دستگاه IR-IECF ساخته و استفاده گردید. از آب دوبار-یونیزه به عنوان سیال خنک کننده استفاده شد تا کاتد جدید با قابلیت آبگرد که متصل به منبع تغذیه ولتاژ بالا است بدون انتقال این ولتاژ به پمپ آب٫ قادر باشد در توان‌های بالاتر از سه کیلو وات و بدون ذوب شدن به کارکرد خود ادامه دهد و در ضمن سیال خنک کننده به دمای جوش نرسد. نتایج شبیه‌سازی با نتایج تجربی در این مورد توافق خوبی دارند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Design and construction of actively cooled cathode for inertial electrostatic confinement approach to extend the operational time

نویسندگان [English]

  • Alireza Aslezaeem 1
  • Morteza Sedaghat Movahhed 2
  • Ali Bagheri 3
  • mojtaba Kabir 4
  • Maryam Ghapanvary 5
  • Ameneh Kargarian 6

1 Plasma and nuclear fusion research school,, Nuclear science and research instituted

2 Plasma and nuclear fusion research school

3 Plasma and nuclear fusion research school

4 Plasma and nuclear fusion research school

5 plasma and nuclear fusion research school

6 NSTRI

چکیده [English]

Inertial electrostatic confinement fusion devices have been used in nuclear fusion reactions study particularly for the fusion neutron production. Strong electric field between two transparent electrodes ends in the formation and accelerations of ions toward the center of the device. The energy level of accelerated ions is about some tens of kilo-electron Volts, high enough to produce fast neutrons due to nuclear fusion reactions when deuterium gas is used. Overheating due to high energetic ions collision with the cathode surface is one of the main problems in this kind of device that limits the applied power and the long-time stable operation. In this research an actively cooled cathode has been designed and constructed for IR-IECF device. Deionized recirculating water has been used as the coolant fluid to reduce the cathode temperature. The cathode which is connected to the high voltage power supply within a feed through is able to prevent high voltage breakdown and melting at even more than three kilo-Watts input power. Both the theory and experimental results represent excellent agreement on heat removal in continuous mode of operation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Inertial electrostatic confinement
  • Deuterium fusion
  • cathode cooling