بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله تغییرات میزان اشعه ی ایکس سخت گسیلی از دستگاه پﻻسمای کانونی سهند برای گاز کاری آرگون در دو اندوکتانس 20 و 60 نانو هانری مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان میدهد که ماکسیمم میزان گسیل اشعه ایکس سخت در اندوکتانس های 20 و 60 نانو هانری در ولتاژ 14 کیلو ولت می باشد که بیانگر بهینه بودن این ولتاژ برای دستگاه جهت گسیل اشعه ایکس سخت با گاز کاری آرگون است.
مقدمه
پرتوهای ایکس همان تابش الکترومغناطیسی - نور - هستند که طول موجی کوتاه تر از طول موج نور فرابنفش دارند. هرچند که مرزبندی دقیقی وجود ندارد، اماانرژی فوتونی آنها معموﻻً در نواحی Ea120eV-120 keV قرار دارد. از روش های تولید اشعه ایکس استفاده از پﻻسما است که اشعه ایکس در این شیوه با استفاده از فرآیندهای مختلف از قبیل تابش ترمزی1 - گذار آزاد-آزاد - ، بازترکیب - گذار آزاد- مقید - و برانگیزش - گذار مقید-مقید - تولید می شود. دو فرآیند نخست منجربه گسیل طیف پیوسته شده در حالی که فرایند سوم منجر به گسیل گسسته می شود.
یکی از دستگاه هایی که با استفاده از روش پﻻسمایی اشعه ایکس تولید می کند، دستگاه پﻻسمای کانونی می باشد. این دستگاه به عنوان سیستمی از خانواده تنگش محوری است که در آن پﻻسمایی در محور و در باﻻی سطح الکترود داخلی - آند - تشکیل می شود. پﻻسمای کانونی بطور مستقل توسط مدر2 از ایاﻻت متحده آمریکا و فیلیپوف3 از اتحاد جماهیر شوروی در اوایل دهه 1960 ساخته شد.[1-2] این دو دستگاه دارای تفاوت هایی از نظر شکل و ساختمان هستند. تفاوت عمده در نوع مدر و فیلیپوف در نوع آرایش الکترودهای آن هاست و از طرفی نسبت قطر به ارتفاع الکترود داخلی متفاوت است که اصطﻻحا به آن نسبت ظاهری4 می گویند. نوع فیلیپوف دارای نسبت ظاهری باﻻ معموﻻ باﻻی 5 است که الکترود داخلی آن بین 50 تا 200 سانتی متر است.این دستگاه بعد از اینکه توسط مدر و فیلیپوف ساخته شد بسرعت مورد توجه قرار گرفت و از آن بعنوان منبع تولید نوترون و پرتو ایکس مورد استفاده قرار گرفت.
دینامیک دستگاه پﻻسمای کانونی در سه فاز خﻻصه می شود:فاز شکست،فاز شتاب محوری و فاز شعاعی.[3] در دستگاه پﻻسمای نوع فیلیپوف فاز شتاب محوری و فاز شعاعی بطور همزمان اتفاق می افتد و یک فاز ترکیبی بجای دو فاز تشکیل می شود. [4] طرحی ساده از دستگاه نوع فیلیپوف در شکل 1 نشان داده شده است که دراین شکل آنداز کاتد توسط یک عایق جدا شده است.همچنین در این شکل محفظه خﻻ که با گاز مورد نظر پر می شود، اسپارک گپ و بانک خازنی می باشد. ما در این مقاله میزان اشعه ایکس سخت خروجی از دستگاه پﻻسما فوکوس سهند[5] که از نوع فیلیپوف می باشد، با گاز آرگون در اندوکتانس های مختلف مورد اندازه گیری و بررسی قرار داده ایم.
چیدمان آزمایشگاهی و روش آزمایش
اصول کار پﻻسمای کانونی ساده است، انرژی الکتریکی ذخیره شده در بانک خازنی بسرعت توسط یک کلید سریع - اسپارک گپ - به الکترودها منتقل می شود. در هر دو نوع از این دستگاه ها - مدر و فیلیپوف - جریان تخلیه شده ابتدایی بر روی سطح عایق متصل به ناحیه الکترود مرکزی شارش می کند این جریان در الکترود مرکزی، یک میدان مغناطیسی القا می کند - بصورت محوری در فضای بین دو الکترود - که این میدان با جریان شارش پیدا کرده و با پﻻسمای تولیدی اندرکنش می کند. نیروی لورنتس باعث شتاب گرفتن ﻻیه پﻻسمایی می شود و آن را به سمت باﻻ و نوک الکترود مرکزی - آند - حرکت می دهد.
پس از رسیدن پﻻسما بر باﻻی سطح آند پﻻسما چگال می شود و یا اصطﻻحا پینج می شود و چگالی پﻻسما در آن نقطه باﻻ می رود. الکترودها معموﻻ از فوﻻد زنگ نزن یا مس ساخته شده اند که در نوع فیلیپوف موجود در دانشگاه تبریز الکترود داخلی آند از جنس مس است و قسمت مرکزی از جنس تنگستن و الکترود خارجی از نوع فوﻻد زنگ نزن است و پنجره کاتد در باﻻی آند از جنس آلومینیوم است. شکل آند معموﻻ متفاوت است به عنوان مثال برای جلوگیری از تولید پرتو ایکس آن را به صورت استوانه ای تو خالی می سازند و انتهای آن از آلیاژی ساخته می شود که در اثر بمباران پرتو ایکس تولید نشود. در نوع مدر الکترود خارجی نیز از میله های استوانه ای تشکیل شده که اطراف آند را مانند یک قفس اشغال کرده است. عایق نیز از جنس پیرکس، شیشه، کریستال یا سرامیک ساخته شده است.[6]
در دستگاه پﻻسمای کانونی سهند محفظه ی خﻻء که دیواره ی آن به عموان کاتد می باشد از استوانه ای با جنس استیل با قطر 76 سانتی متر و ارتفاع 26 سانتی متر با دیواره ای به ضخامت 3 میلی متر ساخته شده است و آند هم به صورت یک دیسک از جنس مس با قطر 50 سانتی متر می باشد که باﻻی عایق سرامیکی استوانه ای قرار دارد. با عملکرد دستگاه قسمت مرکزی آند به خاطر جریان های باﻻیی که در حدود 1 میلی آمپر از آن می گذرد به تدریج دچار فرسایش می شود، برای همین منظور در مرکز آند یک قطعه قابل تعویض تعبیه می کنند و آن را آند مرکزی یا مغزی آند می نامند.
عایق هم از جنس سرامیک بوده و به شکل استوانه ای با قطر 48 سانتی متر و ارتفاع 11 سانتی متر می باشد. تعداد 4 عدد پنجره کوچک به قطر 60 میلی متر و 4 پنجره بزرگتر هر یک به قطر 106 میلی متر در قسمت جانبی و دو دریچه نیز در روی محفظه تعبیه شده اند که برای نصب وسایل تشخیصی مثل پروب مغناطیس، دتکتورها و لوله تخلیه استفاده می شود. یکی از عوامل مهم در عملکرد پﻻسما فوکوس سهند و تشکیل ناحیه متقارن تنگش، وجود تقارن در ﻻیه جریانی می باشد که از لبه های آند به سمت محور دستگاه حرکت می کند. به این منظور از سیستمی به نام اسپارک گپ استفاده می شود.
کلید اسپارک گپ مسئول بسته شدن مدار جریان باﻻ و انتقال سریع انرژی از بانک خازنی به الکترودها است. کاتد به طور مستقیم و آند از طریق اسپارک گپ به بانک خازنی منتقل می شود. این کلید به صورت حلقه مانند ساخته شده است و چارچوب آن از آلیاژ آلومینیوم می باشد. همچنین 24 عدد نوار از جنس مس ساخته شده است که انرژی بانک خازنی توسط کابل های ولتاژ باﻻ از طریق میله های برنزی به آند ها اعمال می شود. اسپارک گپ توسط سیستم تخلیه تا فشار حدود 0/001 تور تخلیه می شود - در این فشار گاف آند-کاتد حتی با کل ولتاژ بانک خازنی شکسته نمی شود - . بعد از استارت زدن اسپارک گپ ولتاژ باﻻی بانک خازنی به آند اتاقک تخلیه اعمال می شود.
در هر بار شات زدن نباید انتظار یک پینج مطلوب را داشته باشیم پس برای بهینه کردن هر چه بیستر سیستم نیاز است که ابعاد الکترودها، گاز کاری و انرژی بانک خازنی مناسب باشد تا یک جریان مناسب شکل گیرد. بعد از یک زمان کوتاه از رسیدن پﻻسما به باﻻی آند به دلیل ناپایداری پﻻسما ستون پﻻسما در هم فرو می ریزد و افت می کند ولی همین پینج شدن محصوﻻتی دارد که از جمله آنها می توان به الکترون، یون، پرتو ایکس نرم و سخت و نوترون اشاره کرد .[7-8]
