مجله علوم، مهندسی و فناوری هسته‌ای

اندازه‌گیری چگالی الکترون در پلاسمای کلید تریگاترون

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

مجید آرام 1
نادر مرشدیان 2
سجاد اسدی 3
اسماعیل اسلام 3
فریبا منصوری 1

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

کلید تریگاترون
چگالی الکترون
پلاسما

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).

صفحه اصلی