از آنجایی که در مقابل حرکت به بالا مانعی وجود ندارد با رانش به داخل، طول ستون پلاسما نیز افزایش خواهد یافت. همان طوری که گفته شد در این مدل گاز برخورد کرده با جبهه موج ضربه ای به صورت پلاسما بین جبهه موج ضربه و پیستون مغناطیسی قرار گرفته و تشکیل یک قطعه پلاسما می دهد، جبهه موج ضربه پس از برخورد با محور دستگاه به طرف بیرون منعکس می شود، در حالی که پیستون به حرکت خود به سمت داخل ادامه می دهد تا در نهایت باموج ضربه منعکس شده برخورد می کند، در آن نقطه حرکت پیستون متوقف می شود و شعاع ستون پلاسما به حداقل و چگالی به حداکثر میرسد(پینچ)]۱۴و۱۳و۶[.
۴- دستگاه نانوفوکوس
دستگاه نانوفوکوس،کوچکترین دستگاه پلاسمای کانونی جهان (با انرژی ۰.۱ J ) است که در مرکز ^[۱۲]CCHENشیلی ساخته شده است. نمایی کلی از این دستگاه در شکل های۱-۵ و ۱-۶ نشان داده شده است. یک جفت الکترود برنجی به قطر mm 200 به عنوان خازن برای انجام تخلیه عمل می کنند. یک لوله مسی به قطر mm 6/1 که با آلومینا پوشانده شده به مرکز صفحه آند متصل می شود و از یک سوراخ کوچک در مرکز کاتد عبور میکند. چهار فیلم دی الکتریک ^[۱۳]PVDF به ضخامت µm80 بین دو صفحه قرار داده شده اند. ظرفیت اندازه گیری شده nF 9/4 و ابعاد کلی دستگاه cm5×cm20×cm20 است.

(( 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. ))

مشتق زمانی جریان با بهره گرفتن از پیچه روگوفسکی اندازه گیری شده است و برای کنترل ولتاژ شارژ، از یک تقسیم کننده مقاومتی استفاده می شود. برای ایجاد اتصال کوتاه روی عایق تخلیه در فشار بالایی از هیدروژن (بیش ازmbar 20) انجام شده است. با بررسی سیگنال های الکتریکی ثبت شده،مقادیر دوره تناوبns30 و خودالقایی دستگاه nH 8/4به دست آمده اند]۱۶[.

شکل ۱-۵) نمایی از دستگاه نانوفوکوس. ۱: منبع تغذیه ولتاژ بالا، ۲: مقاومت بار MΩ۱۰۰، ۳: خازن nF28، ۴: اسپارک گپ، ۵و۸ یک جفت الکترود برنجی به قطر mm200 هستند که نقش خازنی با ظرفیت حدود nF5 برای راه اندازی تخلیه را ایفا می کنند، ۶: آند، ۷: دی الکتریک (۴ فیلم PVDF به ضخامت µm80 ،۹: کاتد ،۱۰: پنجره اپتیکی، ۱۱: محفظه تخلیه ،۱۲: لوله آلومینا، ۱۳: آند، ۱۴: لایه پلاسما بین آند و کاتد (خازن اولیه nF28 بصورت پالسی شارژ می شود و یک خازن راه انداز nF5 به وسیله صفحات موازی ۵ و ۸ تشکیل می شود]۱۶[.

شکل ۱-۶) تصویر بیرونی دستگاه نانوفوکوس از سه جهت]۱۷[
برای عکس برداری از پلاسما با بهره گرفتن از نور مرئی گسیل شده از پلاسما از یک دوربین ICCDبا زمان نوردهی ns4 که با تخلیه همزمان شده است، استفاده می شود. در این دوربین ICCD از یک لنز دوکوژ با فاصله کانونی cm 5/1 و قطر cm5 استفاده شده است.
تعدادی آزمایش مقدماتی برای بررسی عملکرد دستگاه با بهره گرفتن از گاز هیدروژن انجام شده اند. در قسمت سمت چپ شکل ۱-۷ سیگنال های الکتریکی در حین تخلیه هیدروژن در فشار mbar 20 با ولتاژ تخلیه kV5 مشاهده می شوند و در قسمت راست این شکل تصویری از پلاسما را که توسط دوربین مرئی ICCDبا زمان نوردهیns4 برای تخلیه در فشار mbar 20 به دست آمده است نشان می دهد. همان طور که مشاهده میشود، پلاسما عایق را می پوشاند و با رفتار تخلیه در دستگاه های پلاسمای کانونی در فشارهای بالا سازگار است]۱۶[.

شکل ۱-۷) در شکل سمت چپ سیگنال های الکتریکی در نانوفوکوس طی تخلیه در هیدروژن با فشار اولیهmbar20، با شارژاولیه kV5 نشان داده شده است. همچنین تصویری از پلاسما در زمان های بعد از تخلیه در سمت راست نشان داده شده است. ملاحظه می شود که پلاسما عایق را می پوشاند، که با رفتار تخلیه های پلاسمای کانونی در فشارهای بالا سازگار است]۱۶[
در واقع، در این آزمایش تخلیه بصورت اتصال کوتاه انجام می شود و بنابراین از آن می توان برای محاسبۀ مشخصه های الکتریکی مؤثر دستگاه (مانند خودالقایی وظرفیت و غیره) استفاده کرد، که در این آزمایشnF9/4=C،ns 30=TوnH 8/4=L به دست آمده اند. زمان ایجاد لایه جریان از مرتبه ns 8 است.
شکل ۱-۸ سیگنال های الکتریکی در حین تخلیه هیدروژن در mbar 3 با ولتاژ تخلیهkV5/6(یعنی انرژی ۱/۰ ژول) را نشان می دهد، مشاهده می شود که جریان بیشینه برابرkA 5/4 است، شیب شدید در سیگنال مشتق جریان به همراه افت در جریان الکتریکی که با افزایش کوچکی در ولتاژ همراه است، به وضوح وقوع پینچ را نشان می دهد ]۱۶[.

شکل ۱-۸) سیگنال های الکتریکی مربوط به ولتاژ، مشتق جریان و جریان در حین تخلیه گاز هیدروژن با فشار اولیهmbar3، با ولتاژ اولیه kV5/6(1/0ژول) از بالا به پایین نمایش داده شده اند. شعاع آند برابر mm8/0 است. جریان بیشینهkA5/4 به دست آمد. شیب تند در سیگنال مشتق جریان به همراه افت در جریان الکتریکی، به وضوح، تشکیل پینچ را نشان می دهد]۱۶[.
در شکل ۱-۹ تصاویری از حرکت پلاسما در زمان های مختلف در این آزمایش نشان داده شده اند.

شکل ۱-۹از چپ به راست به ترتیب: الف) پلاسما آند را می پوشاند. ب) فشردگی شعاعی پلاسما روی آند رخ می دهد و ج) در نهایت پلاسما از آند در جهت محوری جدا می شود. زمان انجام این مراحل حدود ns30 است]۱۰[.
بر اساس قوانین مقیاس بندی برای اندازه و طول زمانی پینج در تخلیه های پلاسمای کانونی نوع مدر، طول قابل انتظار پینچ و شعاع آن به ترتیب باید حدود a8/0=z_aوa12/0=r_p(یعنی برای این دستگاه mm 64/0 وmm 1/0) باشند.
مدت زمان دوام پینچ نیز باید برابر باشد و با توجه به اینکه شعاع آند برابر mm 8/0 است این زمان برای این دستگاه برابر ns 6/1 بدست می آید. اگرچه آزمایش ها با هیدروژن انجام شد، منطقی است که در سایر موارد هم انتظار اندازه و طول زمانی پینچی از همین مرتبه را داشت]۱۶[.
پارامترهای مشخصه پلاسمای کانونی مینیاتوریکه با هیدروژن در فشار ۳ میلی بارکار می کند،
و هستند که از مقادیر متناظرشان در دستگاه های با ابعاد بزرگ و متوسط بسیار کمترهستند، برای افزایش این پارامترها باید یا جریان افزایش یابد و یا شعاع آند کاهش یابد.
با این دستگاه آزمایش هایی با آندی با شعاع کوچک تر (mm 21/0=a) نیز انجام شده است. ]۱۶[.
در جدول ۱-۱ مشخصات دستگاه های موجود در مرکز CCHEN شیلی (از دستگاه های با انرژی های بالا تا نانوفوکوس) مشاهده می شوند.
جدول۱-۱مشخصات دستگاه های پلاسمای کانونی موجود در مرکزCCHEN