عایق های مورد استفاده در پلاسمای کانونی باید قادر به تحمل ولتاژهای بالای تا حد لازم باشند. همچنین رسانایی گرمایی و ضریب انبساط گرمایی ماده عایق باید پایین باشد، تا بتواند استرس های گرمایی را تحمل کند. علاوه بر این عایق باید در برابر خوردگی ناشی از پلاسما مقاوم باشد. برای این منظور اغلب از سرامیک های آلومینا و کوارتز(شیشه پیرکس) استفاده می شود. برای جلوگیری از تنش مکانیکی یک لایه تفلون به ضخامت نیم میلی متر بین عایق و آند قرار می گیرد.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

با بهره گرفتن از رابطه Lins= Z-Za مقدار mm27برای طول عایق به­دست می ­آید و سپس می­توان از رابطه زیر برای عملکرد بهینه دستگاه مقدار مناسبی برای شعاع داخلی کاتد که در این جا نیز با b نشان داده شده است یافت]۲۳[.
از رابطه بالا برای شعاع کاتد مقدار ۲۰ میلی متر انتخاب می شود.
با توجه به مطالب گفته شده وبا سرراست ترین تقریب ممکن مشخصات حاصل از طراحی دستگاه ۲۰ ژول به شرح زیر خواهد بود:
Lins=27 mm
b= 20mm
جنس عایق: شیشه پیرکس با ضخامت ۱ میلی متر
جنس الکترودها: استیل
بانک خازنی: یک خازن ۱۹۰ نانوفارادی با ولتاژ ماکزیمم ۲۵ کیلو ولت و اندوکتانس ۵ نانوهانری
شکل ۲-۴ نمایی کلی از یک برش عمودی از دستگاه پلاسمای کانونی ساخته شده را نمایش می­دهد.
شکل ۲-۴) برشی عمودی از دستگاه: ۱-میله آند ۲- عایق ۳-کاتد ۴- صفحه آند ۵- عایق جداکننده صفحه کاتد از صفحه آند ۶- پیچ های متصل کننده صفحات ۷- صفحه کاتد ۸-محفظه خلا ۹و۱۰و۱۱-پنجره های مقابل آند ۱۲- پنجره بالای آند ۱۳و۱۴- پورت های خلا
در شکل ۲-۵ نمایی کلی از سیستم دیده می شود.
شکل ۲-۵) نمایی کلی از سیستم ۱-محفظه خلا ۲ و۳و۴و۵- پنجره های مختلف محفظه خلا ۶-پورت خلا (DN25)
۷-اتصال به خلا (DN25) 8-عایق جدا کننده زمین دستگاه از سیستم های خلا (مثل پمپ و گیج) ۹- میز استیل
۳-۴ طراحی سیستم الکتریکی دستگاه پلاسمای کانونی ۲۰ ژول
همان طوری که در شرح اولیه پروژه ساخت دستگاه های پلاسمای کانونی کوچک در پژوهشکده فیزیک پلاسما و گداخت هسته ای ذکر شد هدف این پروژه ساخت دستگاه بسیار کوچکی با عملکرد تکراری بود، در طرح دستگاه ۲۰ ژول حداکثرفرکانس شات زدن سیستم برابر ۱۰ هرتز و بطور نرمال حدود ۱ هرتز در نظر گرفته شده است، همچنین در سیستم الکتریکی مذکور کلیه الزامات و استانداردهای ایمنی و موارد حفاظتی در نظر گرفته شده اند.
۳-۴-۱ منبع تغذیه و بانک خازنی
در دستگاه ۲۰ ژول ساخته شده یک منبع تغذیه kV DC25 وظیفه شارژ بانک خازنی را بر عهده دارد و باید جریان شارژ آن را تا رسیدن به ولتاژ مورد نظر تامین کند. کنترل این منبع تغذیه به وسیله یک تابلوی مدار فرمان انجام می شود. این منبع با توجه به ماهیت دستگاه پلاسمای کانونی بسیار کوچک مورد نظر با ابعادی کوچک ساخته شده و در مقابل حوادث غیر عادی در بار، مثل اتصال کوتاه شدن بار حفاظت شده است. این منبع تغذیه همراه با تابلوی فرمان و اسپارک گپ و مدار تریگر آنتوسط شرکت توان تجهیز آداک ساخته شده است.
۳-۴-۲ سیستم کنترل
این سیستم عبارت است از سیستم کنترل خودکارعملکرد دستگاه با تنظیم اولیه فرکانس شات زنی، ولتاژ شارژ خازن و تعداد کل شات ها که قابل تنظیم هستند. عملکرد این سیستم بدین صورت است که با یک میکروکنترلر طرح کنترلی ساده ای برای تنظیم اولیه و کنترل و نمایش اطلاعات در نظر گرفته می شود، بدین ترتیب که با در نظر گرفتن یک صفحه کلید کوچک در اینجا به همراه یک LCDکوچک در بالای آن نخست برای اجرای برنامه به تنظیم داده های اولیه با ورودی صفحه کلید نیاز است.
اطلاعات مورد نیاز عبارتند از:
۱- تعداد تخلیه های مورد نظر در یک ثانیه که به عنوان فرکانس دستگاه تعریف می شود (مثلا در این جا یک هرتز).
۲- اطلاعات مربوط به مقدار شارژ خازن، سیستم هر لحظه قبل از استارت بررسی می کند که اگر ولتاژ خازن کمتر از مقدار لازم است به منبع تغذیه فرمان شارژ سیستم را می دهد پس از شارژ خازن به ولتاژ مورد نظر سیستم شارژ بطور خودکار از مدار جدا می گردد و اولین تخلیه انجام می شود. پس از هر تخلیه دستور شارژ خازن توسط میکروکنترلر صادر می گردد و سیستم نسبت به شات بعدی اقدام می کند. پس از هر تخلیه تعداد شات با تعداد تنظیم شده اولیه مقایسه می گردد و تازمانی که این دو عدد مساوی نشده اند سیستم به شات زدن ادامه می دهد. و در صورت مساوی شدن تعداد شات ها با تعداد تنظیم شده اولیه در برنامه سیستم خاتمه عملیات اعلام می گردد.
با توجه به مشخصات سیستم کنترل ذکر شده در بالا، برای طراحی آن می­توان از میکروکنترلر AVR استفاده نمود]۲۵[.
۳-۴-۳ طراحی سیستم های تخلیه و دمش گاز
یک سیستم خلا مجموعه ای متشکل از پمپ ها، فشار سنج ها، شیرها، تله ها، اتصالات دایمی و غیر دایمی(فلنج ها) و لوله های متصل کننده آنها به یکدیگر است.
در دستگاه های پلاسمای کانونی برای تشکیل پینچ نیاز به ایجاد خلا اولیه است. سیستم الکترودی پلاسمای کانونی در داخل یک محفظه خلاء قرار می گیرد.
فشار اولیه این محفظه(فشار خلا اولیه[۱۵]) معمولا در حدود ۲-۱۰ تا ۳-۱۰ میلی بار است که این فشار با بهره گرفتن از یک پمپ روتاری تک مرحله ای یا دو مرحله ای یا پمپ روتاری و پمپ توربو قابل دسترسی است]۲۶[.
محفظه های خلا در دو نوع استیل ضد زنگ و شیشه ای موجود هستند. در این پروژه از استیل ضد زنگ استفاده شده است.
محفظه­های خلا از سه قسمت اصلی زیر تشکیل شده اند:
بدنه اصلیBell jar
صفحه پایهBase Plate
دیواره فلانج دارcolla
طراحی ابعاد محفظه خلا با توجه به نیاز کاربر انجام می­ شود،به طوری کهامکان نصب سایر قطعات و اتصالات استاندارد نیز بر روی این محفظه ها وجود داشته باشد وبا نصب پنجره دید روی بدنه اصلی امکان مشاهده تمامی فضای داخل محفظه فراهم گردد. فلانج ها بر روی دیواره وروی صفحه پایه تعبیه می شوند به طوری که بتوان قطعات مورد نیاز از جمله فشارسنج ها، پمپ خلا، فیدتروها (Feedthrough)، ضخامت سنج کریستالی و سایر قطعات را نصب نمود]۲۷[.
۴- سیستم های آشکارسازی و ثبت اطلاعات
سیستم ثبت اطلاعات[۱۶] برای جمع آوری داده های مختلف حاصل از سیستم های آشکارسازی مانند پرتو ایکس نرم، پرتو ایکس سخت، نوترون، جریان پلاسما و غیره به کار می رود.برخی سیستم ها ی آشکارساز مورد استفاده در دستگاه های پلاسمای کانونی کوچک عبارتند از: دوربین های تصویربرداری سریع،تداخل سنجی پالسی،آشکارسازهای پلاستیکیCR-39، آشکارسازی نوترون با بهره گرفتن از شمارنده های فعالساز نقره و شمارنده های تناسبیHe3 آشکارسازهای سوسوزن پلاستیکی جفت شده با تکثیرکننده فوتونی برای آشکارسازی پرتو ایکس و نوترون، پیچه روگوفسکی برای اندازه گیری جریان و غیره.
آشکارسازهای He3در فاصله ها و جهت های مناسبی قرار می گیرند تا بتوانند عمل آشکارسازی را انجام دهند. این آشکارسازها از نوع آشکارسازهای گازی نوترون هستند.He3(هلیم-۳) ایزوتوپی سبک و بسیار کمیاب از هلیم است که در تحقیقات گداخت هسته ای نیز مورد استفاده قرار می گیرد. اساس آشکارسازی شمارنده های تناسبی He3 بر واکنش هسته ای،H3 (n,p)He3 است.]۳۱[
آنها حساسیت بالایی به نوترونهای حرارتی ( با انرژی کمتر از ۱/۰الکترون ولت) نشان می دهند. از این آشکارسازها بدلیل توانایی اندازه گیری شارهای نوترونی پایین در دستگاه های پلاسمای کانونی بسیار کوچک استفاده می شود]۲۸[.
فصل سوم
ساخت
۱- مقدمه
این فصل به گزارش ساخت و راه اندازی یک دستگاه پلاسمای کانونی بسیار کوچک ۲۰ ژول که قادر به عملکرد تکراری است، اختصاص دارد، این دستگاه در پژوهشکده فیزیک پلاسما و گداخت هسته ای پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای سازمان انرژی اتمی ایران ساخته شده و سورنا-[۱۷]۱ نامیده شده است و ساخت آن مرحله اول پروژه ساخت یک دستگاه پلاسمای کانونی بسیار کوچک تر (۴ ژول) که سورنا-۲[۱۸] نامیده شده و قادر به کار در فرکانس های ۱ هرتز و بیشتر است به شمار می رود.
پس از ساخت قسمت مکانیکی (الکترودها و عایق و محفظه خلاء) دستگاه سورنا-۱ و سوار کردن قطعات دستگاه و تجهیزات جانبی آن (سیستم تغذیه و کنترل الکتریکی و سیستم های تخلیه و دمش گاز)، و با بهره گرفتن از یک اسیلوسکوپ حافظه دار سریع (مدل TDS-2022 C 200 مگاهرتز)، دو پروب مغناطیسی و یک پروب ولتاژ بالا با نسبت تضعیف ۱۰۰۰:۱ ، آزمایش با آن شروع شد.
آزمایشات اولیه به صورت تک شات انجام می شدند و در آن ها از هوا در محدوده فشار از ۸ تا ۵۰ میلی بار استفاده شده است. در آزمایشات بعدی گاز آرگن به کار رفته و پس از طراحی و ساخت سیستم کنترل الکترونیکی و نصب آن، آزمایشات مختلفی هم به صورت تک شات و هم به صورت تکراری[۱۹] انجام شده است. در مرحله مطالعاتی وسایل مورد نیاز برای ساخت و تجهیز آزمایشگاه دستگاه پلاسمای کانونی کوچک شناسایی شده و خرید وسایل به موازات مرحله های مطالعاتی و طراحی پیش رفته است. در جدول ۳-۱ بعضی از تجهیزات تهیه شده در آزمایشگاه دستگاه پلاسمای کانونی کوچک به همراه برخی از نام های شرکت های سازنده و توضیحات مربوط به آنها آورده شده است.
جدول۳-۱) اسامی برخی از وسایل موجود در آزمایشگاه پلاسمای کانونی کوچک در پژوهشکده فیزیک پلاسما و گداخت

وسایل مورد نیاز
شرکت
توضیحات

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...