Плазма диагностикасының контактілік әдісі, оқу әдістемелік құрал жасақтау

Физика
Нургизаринов Алмат Асыланбекович, Плазма диагностикасының контактілік әдісі, оқу әдістемелік құрал жасақтау

Мақала авторы: Нургизаринов Алмат Асыланбекович
Жұмыс орны: әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық Университеті, физика-техникалық факультеті
Лауазымы: магистрант 2 курс
Порталға жариялану мерзімі: 15.06.2017


Қазіргі кезде физиканың қолданбалы түрі, зерттеу жүйесінің жаңа бағыттары қарқынды түрде дамып келеді. Ондағы негізгі мақсаттардың бірі материалдар бетін қуатты плазмалық ағынды әсерлестіріп, практика жүзінде іске асырып, перспективті технологияны құру болып табылады. Сондықтан, қуатты плазма ағынының диагностикасы мен қалыптасу жүйесін зерттеу негізгі актуалды мәселелердің бірі болып табылады.

Импульсті плазмалық үдеткіштің тұтас режимінде жаңа эксперименттік мәліметтер алу, сонымен қатар, алынған нәтижелер плазма диагностикасын зерттеу мен материалдардың қасиеттерін жақсарту үшін импульсті плазмалық үдеткіш лабораториясындағы жүргізілген зертханалық жұмыстардың одан ары дамуына үлкен ықпал етеді.

Импульсты плазмалық үдеткіштер 20ғ 60 жылдары термоядролық реакция арқылы алынатын , болашағы бар ыстық және тығыз плазманы алуда қолданылды. 1960 жылы Маршалл коаксиалды геометриялық электродты плазма түйіршіктерін электрлік үдетуде қолданды. Осы жұмыс принципі бойынша коаксиалды электродтар арқылы құрылғыда плазмалық фокус алуға болады.шығатын жақтағы сыртқы электродта сығылғын плазма түйірінің өсі пайда болады. Бұны кейде “ пинч фантаны ” деп атайды.

Импульсты плазмалық үдеткіштер (ИПҮ) плазмалық ағындардың тиімді көздері болып табылады. Мұндай плазмалық ағындарды алу термоядролық энергетикадағы зерттеулерде және материалдардың бетін өңдеу кезінде қасиеттерін жақсарту мақсатында қолданылады. ИПҮ басқа үдеткіштерге қарағанда ерте пайда болды және ғылым мен техниканың әртүрлі аймақтарында плазмалық үдеткіштердің дамуы мен қолданылуына зор ықпалын тигізді. Плазмалық үдеткіштердің техникалық қолданылуының маңызы, олардың көмегімен кең диапазондағы жылдамдық пен энергиясы бар бөлшектер ағынын алуға болатындығы.

ИПҮ қолданудың тиімділігі сол, экспериментальді қондырғылардың қарапайым жасалуы мен пайдаланудағы сенімділігі.

Эффектілігі жоғарғы ИПҮ жасау үшін өзара байланысты бірнеше тапсырмаларды орындау қажет:

  • үдеткіштің бастапқы зонасында жұмыстық жеткілікті түрдегі жоғары ионизациясының болуын қамтамасыз ету;
  • электромагниттік өріс энергиясының плазма ағынына эффектілік ауысуы;
  • плазмадағы ток пен электродтағы токтың үйлесімділігі;
  • электромагниттік өріс зонасынан плазманың аз ғана шығынмен шығуын қамтамасыз ету.

          Қазіргі таңда импульсті плазманы зерттеу материалдарды эрозияға ұшыратып, оның жұмыс істеу мерзімін азайтатын қуатты үдетілген плазма ағындарының ТОКАМАК тәрізді үлкен қондырғылардың диверторлық аумағына және оның ішкі камера компоненттеріне интенсивті  әсер ету процесін зерттеуге, бүліну деңгейін анықтауға бағытталған. Соның ішінде ең маңыздысы плазмалық белдіктің құрылымына (плазмалық белдіктің үзілуі, плазма температурасының кенеттен төмендеуі) тозаңды бөлшектердің (эрозиялық өнімнің) әсері.

Осыған орай берілген жұмыста барлық зейін газдың импульсті түрде жіберілуі нәтижесінде алынатын плазма ағынында пайда болған әр түрлі сортты бөлшектерің, соның ішінде электрондар мен иондардың энергиялық сипаттамаларын анықтауға аударылған және де алынған нәтижелер мен қорытындылар қорғаныш материалдарының плазмалық ағынмен өзара әсерлесу сипатын анықтау үшін қолданылады.Импульсті плазманы алу арнайы ипмульсті-плазмалық үдеткіштермен жүзеге асырылады. Сондықтан да көп жағдайдаимпульсті-плазмалық үдеткіштерді материал беттерін өңдеу барысында, олардың қуатты плазмалық ағынмен әсерлесуі салдарынан (ТОКАМАК қондырғысында плазманың плазмалық белдіктен үзіліп шығып, камера қабырғасына үдей түсуі жағдайындай) құрылымының өзгеруі мен өзгеріске ұшырау мүмкіндіктерін, төзімдлігі мен беріктігін тексеру мақсатында эксперименттік үлгі ретінде қолданады.

Экспериментте импульсті плазманы зерттеу барысында алынған нәтижелердің жоғарғы дәлдігіне қол жеткізу үшін ИПҮ лабораториялық қондырғысының жеке блоктарына, элементтеріне жаңашылық енгізілді.Плазма зарядталған бөлшектерінің концентрациялары мен энергиялары жайлы мәліметтер алу үшін эксперименттік жағдайда диагностикалық құрылғы ойластырып, ол Фарадей Цилиндрі деп аталды.

Фарадей Цилиндрі-салыстырмалы түрде құрылысы,құрылымы жағынан қарапайым, оңай жүзеге асырылатын диагностикалық құрылғы. Егер Фарадей Цилиндрі иондық коллектор қызметін атқаратын болса, онда кірістегі иондар шоғына кедергі келтіретін барлық теріс зарядталған бөлшектерді (көп жағдайда электрондар) алыстату үшін коллектор ретінде ол теріс потенциалға ие болуы қажет. Эксперименттік Фарадей Цилиндрі құрылымы жағынан екі электродардан тұрады. Ішкі цилиндрлі электрод өзінің екінші ретті электрондық эмиссияға ұшырау шамасының аз болуы себебінен көміртегіден жасалған және оған теріс потенциал берілген, яғни иондық шоқты жинақтаушы қызметін атқарады, ал екінші сыртқы мыс цилиндрлі электрод біріншісіне қарағанда жерге жалғанып, нөлдік потенциалға ие. Сыртқы электродқа иондар ағынын реттеп отыру мақсатында саңылау жасалынған.

Импульсті плазманың энергиялық сипаттамаларын эксперименталды түрде зерттеуге термоядролық реакторларда плазмалық белдіктің оның тұрақсыздығы мен біртексіздігі салдарынан үзілуі нәтижесінде мынадай жағдайлар орын алып жатады: зарядталған бөлшектердің зымырауы, плазманың қабырғаға қарай үдей қозғалуы. Сол себепті де бізді ішкі камера компоненттеріне әсер етіп, оның құрылымын өзгеріске ұшыратып жіберетін үдетілген плазмалық ағынның зарядталған бөлшектерінің энергиялық сипаттамаларына зерттеу жүргізіп, шамасын анықтау қызықтырады. Плазманың аса маңызды параметрлеріне газ пробойы нәтижесінде түзілген бөлшектердің жылдамдығы мен энергиясы, концентрациясы жатады. Берілген экспериментте плазма түзуші газ ретінде сутегі қолданылады. Бізге эксперимент барысында қажет болатын шамаларды өлшеу үшін Фарадей Цилиндрі импульсті-плазмалық үдеткіштің электродтар жүйесінен белгілі бір қашықтықта орналастырылды. Диагностикалық құрылғыны автоматты түрде әр-түрлә қашықтықтарға орналастыру мақсатында, мысалға плазма фокусын тауып алу үшін арнайы біркоординатты шар-винтті бірқадамдық қозғалтқышы бар сызықтық модуль пайдаланылды.

ПАЙДАЛАНҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

1 Баимбетов Ф.Б, Нурбаев К.З.,Усеинов Б.М. Исследование работы коаксиального плазменного ускорителя (КПУ) со сплошным нополнением рабочего газа // Вестник КазНУ. — Алма-Ата., 1989. с.33-37

2 Арцимович Л.А.  Плазменные ускорители. – М.: Машиностроение, 1972. -С.15-17.

3 Морозов А. И. Плазменные ускорители. — М.: Машиностроение, 1973. — 321.с.

4 Минько Л. Я. Получение и исследование импульсных плазменных потоков.- Минск: — Наука, 1973. — С.18-21.