بخشی از مقاله
چکیده:
در این مقاله، به بررسی و شبیه سازی یک سیستم پلاسمای هلیکون با آنتن ناگویا ، با استفاده از نرم افزار شبیه سازی COMSOL Multiphysics 5.3 پرداخته شده است. در شبیه سازی انجام شده ، تمام برهمکنش ها و پارامتر ها موثر در فرایند تولید پلاسما در نظر گرفته شده است . علاوه بر این، سطح مقطع واکنش هایی که در پلاسما رخ می دهد از انرژی 1 0الکترون ولت تا 1000 الکترون ولت در نرم افزار وارد شده است.
در شبیه سازی انجام شده میدان مغناطیسی کویل ها برابر 600 گوس، جریان آنتن 6 آمپر، فشار گاز 10 میلی تور و شار ورودی گاز - SCCM - 50 در نظر گرفته شده است. در نهایت توانستیم با استفاده از آنتن ناگویا به پلاسمایی با چگالی پلاسمای و دمای 2.64 الکترون ولت دست یابیم. در این مقاله علاوه برطراحی و شبیه سازی پلاسمای هلیکون ، تاثیر تغییرات جریان اعمالی به آنتن ناگویا برچگالی پلاسمای هلیکون بررسی شد.
مقدمه :
امروزه در زمینه های متفاوت ، منابع پلاسما با دمای پایین و چگالی بالا، کاربردهای بسیاری همانند لایه نشانی مواد، پاستوریزه کردن غذا و استریلیزه کردن تجهیزات پزشکی و در پیشرانش محرک ها و؟؟؟ دارند ؟ در زمینه گداخت، این نوع منابع پلاسما از این جهت مورد توجه قرار می گیرند که از آن می توان برای مطالعه در انواع ناپایداری های پارامتریک و همچنین برای پیش یونش ، پیشرانش، گرمایش پلاسمای توکامک و یا نوعی ابزار تشخیصی برای توکامک ها و نیز در زمینه لایه نشانی که در انتخاب دیواره اول در توکامک ها اهمیت بسزایی دارد ، استفاده نمود
یکی از روش های ایجاد پلاسما استفاده از امواج رادیوفرکانسی می باشد ، امواج هلیکون نوعی از امواج رادیو فرکانسی در گستره فرکانسی پایین است ؟ امواج هلیکون در واقع همان امواج ویستلر هستند که در یک محفظه محدود شده اند، خصوصیت مهم این امواج ، ایجاد پلاسمای سرد با چگالی بالا در فشار پایین می باشد
چن به مطالعه و بررسی فیزیک تخلیه در فشار پایین و چگالی بالا برای منبع پلاسمای هلیکون پرداخت .[6]از سویی دیگر ، چن و همکارانش، به تحلیل فیزیک تخلیه هلیکون با دو نوع آنتن ناگویا و مارپیچی پرداخته و دما و چگالی پلاسمای تولیدی را مورد مطالعه قرار دادند . [7]بوس و همکارانش ، با استفاده از مدلی دو بعدی برای منبع پلاسمای هلیکون به صورت عددی به بررسی تاثیرات پروفایل میدان مغناطیسی پرداختند
لیگت و همکارانش به بررسی نقش امواج هلیکون و بررسی مکانیسم برخوردی در منابع هلیکون می پردازند [9]، از سویی دیگر لیگت و همکارانش به بررسی انتشار محوری امواج هلیکون در میدان های مغناطیسی متفاوت پرداختند
در این مقاله، به بررسی و شبیه سازی یک سیستم پلاسمای هلیکونی ، با استفاده از نرم افزار شبیه سازی COMSOL Multiphysics 5.3 پرداخته می شود. علاوه بر آن، تمام برهمکنش ها و پارامتر ها موثر در فرایند تولید پلاسما نیز در نظر گرفته می شود. در شبیه سازی ، سطح مقطع واکنش هایی که در پلاسما رخ می دهد از انرژی1 0الکترون ولت تا 1000الکترون ولت در نرم افزار وارد خواهد شد. برای این منظور در این مقاله، ابتدا تئوری حاکم بر منابع پلاسمای هلیکون در قسمت اول بررسی شده و در قسمت بعد یک سیستم پلاسمای هلیکون طراحی و با نرم افزار کامسول شبیه سازی می شود. سپس به بررسی نتایج بدست آمده از پلاسمای هلیکون پرداخته می شود و در نهایت خلاصه ای از نتایج بیان می شود؟
تئوری
امواج هلیکون در فرکانس پایینتر از محدوده امواج سیکلوترونی الکترونی منتشر می شوند. این نوع امواج جزء امواج ویستلر هستند که در یک محیطی با مرزبندی مشخص انتشار می یابند. فرکانس امواج هلیکون در محدوده قراردارند
امواج هلیکون در ساده ترین شکل از این سه معادله ماکسول خطی شده استخراج می شود
v سرعت ذره ، m، جرم الکترون ، فرکانس موج و میدان مغناطیسی تولید شده توسط پیچه های مغناطیسی در محور z تولید شده است.
با استفاده از معادلات 1 تا 4 ، می توان مولفه های میدان مغناطیسی موج هلیکون را در یک مختصات استوانه ای شکل و با استفاده از حل معادله بسل، بدست آورد . [4] براساس مولفه های میدان مغناطیسی، مولفه های میدان الکتریکی موج را استخراج می شود.
با در نظر گرفتن شرایط مرزی ، همچنین بدون در نظر گرفتن مکانیسم های برخوردی و لاندائو ، می توان رابطه پاشندگی را بدست آورد :
چگالی پلاسما ، میدان مغناطیسی پیچه های مغناطیسی ، T عدد موج عمود بر میدان مغناطیسی و سرعت فاز موج می باشد.
بحث ونتیجه گیری : طراحی و شبیه سازی
منبع هلیکون ازقسمتهای اصلی، محفظه خلا، آنتن، یک منبع موج رادیوفرکانسی برای تولید موج و همچنین از یک سیستم تولید میدان مغناطیسی که در واقع از دو پیچه مقابل هم تشکیل شده است، و جریانی در جهت یکسان از آنها عبور می کند تا علاوه بر جلوگیری از خروج ذرات از محفظه - محصورسازی - بتوانند یک میدان مغناطیسی زمینه را در جهت محورz ایجاد کنند
