طراحی و ساخت پتانسیل سنج خازنی و اندازه گیری پتانسیل شناور پلاسما در توکامک ir-t1

راکتورهای اتمی در کل به دو نوع شکافت و گداخت تقسیم بندی می شوند. راکتور شکافت حاصل شکافت هسته های سنگین اورانیم و آزاد شدن انرژی و راکتور گداخت حاصل همجوشی هسته های سبک تر و تشکیل اتم هایی با هسته های سنگین تر و آزاد شدن انرژی بالا می باشد. برای اینکه دو هسته با هم ترکیب شوند باید انرژی کافی برای غلبه بر نیروهای دافعه الکترواستاتیک بین خود را داشته باشند. در ستارگان هسته های هیدروژنی به دلیل چگالی های بسیار بالا و زمان محصورسازی طولانی که ناشی از شار شدید درون هسته ای است با هم ترکیب می شوند. اما در آزمایشگاه فراهم نمودن چنین شرایطی به سختی امکان پذیر است. بهترین راه برای دستیابی به گداخت گرم نمودن مخلوطی از دوتریوم و تریتیوم تا دمای بسیار بالا است. برای رخ دادن گداخت دو هسته باید انرژی کافی برای غلبه بر نیروی دافعه کولنی بین هسته ای را داشته باشند تا بتوانند به اندازه کافی به هم نزدیک شوند و نیروی جاذبه هسته ای کوتاه برد بر نیروهای دیگر غلبه کند. بنابراین سوخت گداخت باید تا دمای بسیار بالایی گرم شود. در واکنش دوتریوم – تریتیوم (d-t) کافی است پلاسما را تا دمای kev 20 گرم کنیم. زیرا واکنش های مورد نیاز در قسمت های پر انرژی توزیع ماکسولی صورت می گیرد. در دمای حدود kev 20 سوخت به پلاسمای کاملاً یونیزه تبدیل می شود که در آن بار الکترواستاتیکی یون ها و الکترون ها برابر است. رادیواکتیویته گداخت d-t بیشتر از سایر واکنش دهنده هاست. در صورت تماس پلاسما با دیواره، گداخت در دماهای گرما هسته ای به دست نمی آید، زیرا مواد کنده شده از دیواره وارد پلاسما شده و باعث سرد شدن پلاسما می شود. پلاسمای گرما هسته ای در چنان دمایی است که توسط هیچ ماده ای قابل محصورسازی نیست. در یک پلاسمای محصورسازی شده نیروهای ناشی از دما و چگالی باعث حرکت پلاسما به سمت دیواره می شوند. پس برای حفظ تعادل این نیروها باید با نیروهای دیگر موازنه شوند. روش های ممکن برای محصورسازی پلاسما عبارتند از : نیروهای گرانشی، اینرسی، نیروهای گریز از مرکز، میدان های الکترواستاتیکی، میدان های رادیو – فرکانسی و میدان های مغناطیسی که محتمل ترین روش برای محصورسازی می باشند. به این ترتیب دو سیستم محصورسازی مغناطیسی تعریف می شود.الف)سیستمهای باز که در آن خطوط میدان محدوده محصور سازی پلاسما را ترک می کنند. ب) سیستم های بسته که در آن خطوط میدان در محدوده محصورسازی باقی می مانند. این سیستم ها اکثراً توروئیدال هستند. یکی از سیستم های توروئیدالی توکامک است که در آن پلاسمای ایجاد شده توسط میدان های مغناطیسی محصور می شود. میدان مغناطیسی اصلی در توکامک میدان توروئیدال است. این میدان به تنهایی نمی تواند عمل محصورسازی را انجام دهد. برای داشتن تعادل بین فشار ناشی از پلاسما و نیروهای مغناطیسی، وجود یک میدان پولوئیدال لازم است. در توکامک این میدان توسط جریان موجود در پلاسما ایجاد می شود. جریان پلاسما در راستای توروئیدال است. فشار پلاسما حاصل ضرب چگالی و دمای پلاسما می باشد که این دو کمیت یعنی چگالی و دمای پلاسما از پارامترهای مهم پلاسمایی می باشند که توسط روش های دیگنوستیکی اندازه گیریم ی شوند. این روش ها به سه دسته تقسیم می شوند : الف)روش های اپتیکی (از طریق تابش طیفی) ب)روش های الکترومغناطیسی (از طریق کویل های مغناطیسی) ج )روش های الکترواستاتیک (از طریق پروب های الکتریکی) روش های الف و ب روش هایی غیرفعّالند که پارامترهای پلاسما را به صورت غیرمستقیم اندازه گیری می کنند. ولی روش ج روشی فعّال است که پارامترهای پلاسما را به صورت مستقیم اندازه گیری می کند. در این رساله از پروب های الکتریکی برای بررسی پارامترهای لبه پلاسما در توکامک ir-t1 استفاده می کنیم. در فصل اوّل اشاره ای گذرا به توکامک و چند نمونه ابزار تشخیصی مهم خواهیم داشت. همچنین توکامک ir-t1 و ابزارهای تشخیصی در آن را معرفی خواهیم کرد. در فصل دوّم تئوری پروب های الکتریکی را بررسی می کنیم. در فصل سوّم به معرفی پتانسیل سنج خازنی و چند نمونه پروب الکتریکی و اصول کار آنها می پردازیم. همچنین پروب های لانگمور در توکامک ir-t1 را بررسی می کنیم.در فصل چهارم نیز به اندازه گیری پتانسیل شناور پلاسما توسط پتانسیل سنج خازنی و مقایسه نتایج بدست آمده از آن با پروب لانگمور پرداخته ایم.