بخشی از مقاله
چکیده
این مقاله به بررسی ضریب جذب و بازتاب تیغهي پلاسمایی ناهمگن میپردازد. از جمله عواملی که روي ضریب جذب و بازتاب تأثیرگذارند، شکل چگالی و فرکانس برخورد میباشد که در این تحقیق با محاسبات عددي به آنها پرداخته شدهاست. چگالی بیشینه، فرکانس برخورد و میدان مغناطیسی زمینه از جمله عوامل متغیر در محاسبات و اندازه گیري ضرایب جذب و بازتاب بودهاست. در این مقاله چگالی پلاسما به صورت تابعی سهمی شکل بیان شدهاست که ابتدا و انتهاي آن داراي حداقل چگالی و مرکز آن داراي بیشترین چگالی است. تیغهي پلاسما از تیغههایی موازي تشکیل شدهاست که چگالی در هر تیغه ثابت است ولی در کل داراي
تابع خاصی است. تعداد تیغهها نیز در دقت محاسبات تأثیر گذار هستند.
مقدمه
یکی از بهترین راههاي بدست آوردن اطلاعات دربارهي پلاسما بررسی ضرایب جذب، بازتاب و عبور از تیغهي پلاسمایی است.
امروزه براي ساخت دستگاههایی براي تولید و ذخیرهي انرژي، پارامتر مهم بازدهی می باشد. یکی از فرایندهایی که امروزه براي تولید و ذخیرهي انرژي استفاده میشود، فرایند گداخت هستهاي است. پارامترهاي زیادي در بالابردن بازدهی فرایند گداخت مؤثرند از جمله، چگالی پلاسما، شدت میدان مغناطیسی داخلی و خارجی، ضخامت پلاسما، نحوهي گرمایش پلاسما و زاویهي برخورد امواج الکترومغناطیس به پلاسما. این پژوهش به بررسی تغییرات چگالی پلاسما و فرکانس برخورد و تأثیر آن در جذب امواج الکترومغناطیسی در پلاسما میپردازد. در سالهاي اخیر تمایلات خاصی نسبت به جذب و بازتاب امواج برخوردي به پلاسما در کاربردهاي خاص وجود داشته است.[1-5] هدف اصلی در این
مقاله رسیدن به بیشترین بازدهی یعنی بیشترین جذب و کمترین بازتاب است.
محاسبات
یک موج تخت با میدان الکتریکی نوسانکننده که داراي وابستگی زمانی e i t است و در یک پلاسماي اتلافی منتشر میشود به صورت زیر نوشته میشود
پلاسماي سرد داراي مقدار بیشینه اي براي جذب در حدود فرکانس سیکلوترونی الکترون دارد.[7] ستون پلاسما از n ستون نزدیک به هم که در هر ستون پلاسما، پلاسما همگن فرض میهرشود و کدام دو بعدي هستند، تشکیل شدهاست. ضخامت هر تیغه L / n فرض میشود و در کل ضخامت تیغهي پلاسما برابر L است. این موج از یک لایه به سمت لایهي دیگر عبور و در هر لایه نیز بازتاب اتفاق میافتد. تابع ديالکتریک موهومیهر رابطهي 8 براي لایه محاسبه شدهاست و ثابت بازتاب از هر لایه نتیجه گرفته شدهاست. سپس توانهاي کل جذب، بازتاب و عبور کل محاسبه شدهاند. در محاسبهي توان کل از بازتاب چند گانه صرف نظر شدهاست. براي موج غیرعادي عمودي پولاریزه، ثابت بازتاب طبق رابطهي فرنل براي هر لایه به صورت زیر بدست میآید
در این قسمت نتایج شبیهسازي شرح داده شده و روي آنها بحث شدهاست. لایههاي پلاسما را به 100 قسمت مساوي تقسیم میکنیم که با مرزهاي بسیار نازك از یکدیگر جدا شدهاند. مقدار چگالی در هر تیغه ثابت فرض شدهاست اما درشکلک تیغهها از چگالی سهمی وار برخوردار هستند. در مرحلهي اول، عددبرنامه، چگالی و ثابت ديالکتریک هر لایه را بدست میآورد. سپس ثابت بازتاب در هر سطح تعیین و سرانجام توان بازتاب کل پلاسما بدست میآید. در نهایت نمودارهاي توان جذب، بازتاب بر حسب فرکانس موج در مجاورت فرکانس هیبرید بالا محاسبه میشود.
میدان مغناطیسی زمینهي پلاسما برابر نظر در گرفته شدهاست که این مقدار با رزونانس در نزدیکی 4GHz مطابقت دارد.
ابتدا با کم و زیاد کردن لایهها، به بررسی دقت اندازه گیريها پرداخته شدهاست. در ابتدا تعداد لایهها برابر 10 و سپس 50و 100 لایه در نظر گرفته شده و سپس نمودار توان جذب براي آن رسم گردیدهاست.
از شکل 1 نتیجه می گیریم که با افزایش تعداد دقتلایهها محاسبات بالا می رود ولی از لایهي 50 به بالا دیگر تغییر چندانی در نتایج به وجود نمیآید. بنابراین ما میتوانیم با گرفتنزیر100 لایهي پلاسما محاسبات خود را انجام دهیم. شکل 2 توان بازتابی را به ازاي فرکانسهاي متفاوت موج فرودي و براي سه مقدار فرکانس برخورد نشان میدهد.
شکل :2 نسبت توان بازتاب به توان برخوردي به ازاي فرکانس موج فرودي
همانطور که از شکل 2 مشاهده میشود، بیشینه ي مقدار توان بازتاب با افزایش فرکانس برخورد کاهش مییابدنسبت.شکل 3 توان بازتاب به توان برخوردي به ازاي فرکانسهاي مختلف براي چهار مقدار متفاوت چگالی در مرکز را نشان میدهد. همانطور که در شکل 3 نشان داده شدهاست، بابازتابافزایش چگالی، توان افزایش مییابد. در واقع با متراکم شدن پلاسما امواج بیشتري از پلاسما بازتاب میشود.
شکل :3نسبت توان بازتاب به توان برخوردي به ازاي فرکانس موج
شکل :1 نمایش توان جذب بر حسب فرکانس موج فرودي مقدار فرکانس برخورد رسم شدهاست.
