مجله علوم، مهندسی و فناوری هسته‌ای

شماره جاری

کلیه شماره‌های مجله

نمایه نویسندگان

نمایه کلیدواژه ها

درباره نشریه

اهداف و چشم انداز

اصول اخلاقی انتشار مقاله

اعضای گروه دبیران (هیئت تحریریه)

فرایند پذیرش مقالات

پیوندهای مفید

راهنمای نویسندگان

دریافت قالب مقاله

دریافت فرم‌ ها

راهنمای ارسال مقاله

راهنمای داوری مقالات

اسامی سالانه داوران

ثبت داوری در پایگاه داوری Web of Science (publons)

اطلاعات تماس

فرم ارتباط با مجله

تأثیر پیش‌یونش بر بهبود عملکرد دستگاه پلاسمای کانونی مدر MTPF2.4kj

نوع مقاله : مقاله فنی

نویسندگان

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

چکیده

در این مقاله تأثیر پیش‌یونش با استفاده از مقاومت شنت 330 مگا اهم بر روی مشخصات عملکردی پلاسمای کانونی نوع مدر با انرژی
4/2 کیلوژول که توسط بانک خازنی 12 میکروفاراد تا حداکثر ولتاژ 20 کیلوولت شارژ می‌شود، برای گاز هیدروژن ارائه شده است. در این کار مشخصات نشانک‌های جریان و مشتق جریان دستگاه در هر دو حالت بدون پیش‌یونش و با پیش‌یونش در فشار کاری بهینه 85/0 تور اندازه‌گیری و مقایسه شد. همچنین پرتوی ایکس سخت گسیلی در هر تخلیه و پرتو یون گسیلی دستگاه در هر تخلیه به ترتیب به‌وسیله آشکارساز سوسوزن پلاستیک 102Ne اشعه ایکس و فنجان فارادی در هر دو حالت بدون پیش‌یونش و با پیش‌یونش، در فشار بهینه اندازه‌گیری و بررسی شد. نتایج به‌دست آمده از بررسی نشانک‌های جریان و مشتق جریان دستگاه نشان می‌دهد که با وجود پیش‌یونش از طریق مدار مقاومت شنت، شکستگی در نشانک‌های جریان و مشتق جریان، در زمان تشکیل تنگش، با شیب و عمقی به مراتب بیشتر نسبت به شکستگی در نشانک‌های جریان و مشتق جریان در زمانی که مدار پیش‌یونش فعال نیست، دیده می‌شود. این نتایج به معنی تشکیل تنگش قوی‌تر در حضور پیش‌یونش از طریق مدار مقاومت شنت بوده و نیز تنگش در نشانک‌ها با وضوح بهتر قابل مشاهده است. از سوی دیگر بررسی و مقایسه دامنه نشانک‌های در یافتی از سیستم تشخیصی فنجان فارادی در دو حالت نشان می‌دهد که در حضور پیش‌یونش، شدت پرتو ایکس سخت گسیلی دستگاه به مراتب بیشتر از زمانی است که مدار پیش‌یونش فعال نیست. بنابراین پیش‌یونش به شکل معناداری موجب افزایش بازده دستگاه پلاسمای کانونی، بهبود شدت پرتو ایکس سخت گسیل شده و افزایش جریان پرتو یونی تولید شده، می‌شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The effect of pre-ionization on improving the performance of mather type plasma focus device MTPF2.4kj

نویسندگان [English]

  • S. Fazelpour
  • A. Chakhmachi
  • A. Nasiri

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

چکیده [English]

The impact of pre-ionization using a 330 MΩ shunt resistor on the performance characteristics of a Mather Type plasma focus device with 2.4 kJ of energy, charged by a 12 μF capacitor bank to a maximum voltage of 20 kV, will be discussed in relation to hydrogen gas. In this study, the signal characteristics of the current and the current derivative of the device were measured and compared with and without pre-ionization at an optimal operational pressure of 0.85 Torr. Additionally, the emitted hard X-rays and ion beam in each shot were measured using a Ne102 X-ray plastic scintillation detector and Faraday cup, respectively. These measurements were conducted and compared with and without pre-ionization at the optimal pressure. The results from the current and current derivative signals of the device indicate that with initial pre-ionization, the signals exhibit a deeper and sharper fracture at the pinch time compared to when the pre-ionization circuit is inactive. This suggests that a stronger and more defined pinch occurs with pre-ionization. Furthermore, analysis of the Faraday cup signal amplitudes reveals that the intensity of emitted hard X-rays is significantly higher when pre-ionization is utilized compared to when it is not. Therefore, pre-ionization markedly enhances the efficiency of the plasma focus device, increases the intensity of emitted hard X-rays, and generates an ion beam with a higher current.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Plasma focus
  • Pre-ionization
  • Shunt resistor
  • Hard X-ray
  • Ion beam intensity
  • Discharge current
مراجع
  1. Ahmed K.M, Diab F.B, Gaber W.H, Emara T.F, Abdelkader M.E. Design and Characterization of One-Capacitor Compact Plasma Focus Device with Tapered Anode. IEEE Transactions on Plasma Science. 2023;51:3500-3509.

 

  1. Sohrabi M, Zarrinshad A. Novel “Ionology Art for Art Ionology Methods” in 4π plasma focus device space: bridging art, science and technology. Journal of Cultural Heritage. 2020;43:219-226.

 

  1. Niranjan R, Rout R.K, Tomar B.S, Ramanjaneyulu P.S, Paranjape D.B, Kaushik T.C. Application of medium energy plasma focus device in study of radioisotopes. Physics Letters A. 2018;382(46): 3365-3368.

 

  1. Gribkov V.A, Borovitskaya I.V, Demina E.V, Kazilin E.E, Latyshev S.V, Maslyaev S.A. Pimenov V.N, Laas T, Paduch M, Rogozhkin S.V. Application of dense plasma focus devices and lasers in the radiation material sciences for the goals of inertial fusion beyond ignition. Matter and Radiation at Extremes. 2020;5(4).

 

  1. Kato Y, Ochiai I, Watanabe Y, Murayama S. Plasma focus x-ray source for lithography. Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics Processing and Phenomena. 1988;6(1):195-198.

 

  1. Zakaullah M, Alamgir K, Shafiq M, Sharif M, Waheed A. Scope of plasma focus with argon as a soft X-ray source. IEEE transactions on plasma science. 2002;30(6):2089-2094.

 

7.https://www.sid.ir/fa/journal/ViewPaper.aspx?id=131369.

 

8.https://www.sid.ir/fa/Journal/ViewPaper.aspx?id=462724.

 

  1. Ahmad S, Hussain S.S, Sadiq M, Shafiq M, Waheed A, Zakaullah M. Enhanced and reproducible neutron emission from a plasma focus with pre-ionization induced by depleted uranium (U238). Plasma physics and controlled fusion. 2006;48(6):745.

 

  1. Zakaullah M, Waheed A, Ahmad S, Zeb S, Hussain S. Study of neutron emission in a low-energy plasma focus with β-source-assisted breakdown. Plasma Sources Science and Technology. 2003;12(3):443.

 

  1. Ahmad S, Sadiq M, Shafiq M, Waheed A, Lee P, Zakaullah M. The effect of pre-ionization by a shunt resistor on the reproducibility of plasma focus x-ray emission. Plasma Sources Science and Technology. 2006;15(3):314.

 

  1. Khan H.U, Shafiq M, Hussain S.S, Zakaullah M. Effect of preionization on soft x-ray emission and plasma dynamics in a small plasma focus system. Journal of Applied Physics. 2010;107(7):073301.

 

  1. Ahmad S, Shafiq M, Zakaullah M, Waheed A. Depleted uranium (U23892) induced preionization for enhanced and reproducible x-ray emission from plasma focus. Applied Physics Letter. 2006;89:61503.

 

  1. Khan H.U, Shafiq M, Hussain S.S, Zakaullah M. Effect of preionization on soft x-ray emission and plasma dynamics in a small plasma focus system. Journal of Applied Physics. 2010;107:073301.

 

  1. Lerner E.J, Yousefi H.R. Runaway electrons as a source of impurity and reduced fusion yield in the dense plasma focus. Physics of Plasmas. 2014;21(10):102706.

 

  1. Ruden E. Stability enhancement of a low initial density hollow gas‐puff z pinch by e− beam preionization. Journal of applied physics. 1987;61(4):1311-1316.

 

  1. Freiwald D.A, Prestwich K.R, Kuswa G.W, Beckner E.H. Neutron enhancement from relativistic electron beam-dense plasma focus interactions. Physics Letters A. 1971;36(4):297-298.

 

  1. Khan H.U, Shafiq M. Effect of preionization on the dynamics of current sheath in a small plasma focus device. Radiation Effects and Defects in Solids. 2012;167(11):834-840.

 

  1. McGeoch M. Radio-frequency-preionized xenon z-pinch source for extreme ultraviolet lithography. Applied optics. 1998;37(9):1651-1658.

 

  1. Piriaei D, Yousefi H.R, Mahabadi T.D, SalarElahi A, Ghoranneviss M. The effects of pre-ionization using a shunt resistor on reproducibility of the x-ray emission in a dense plasma focus device. Physics of Plasmas. 2017;24(8):082502-082508.

 

  1. Gallo C.F. Coronas and Gas Discharges in Electrophotography:A Review. IEEE Transactions on Industry Applications. 1975;IA-13(6):739-748
مجله علوم، مهندسی و فناوری هسته‌ای
دوره 46، شماره 2 - شماره پیاپی 112
تیر 1404
صفحه 198-206
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار