با توجه به محدود بودن منابع انرژی، یکی از نیازهای بشر یافتن منابع انرژی جدید است. یکی از این منابع انرژی حاصله از واکنش های همجوشی هسته ای است. در راستای تامین انرژی پاک از فرآیند همجوشی هسته ای، دستگاه پلاسمای کانونی برای اولین بار در سال 1960 و به طور مستقل در دو کشور آمریکا و اتحاد جماهیر شوروی سابق در دو مدل مدر و فیلیپوف ساخته شد. تفاوت عمده مدل-های مدر و فیلیپوف از لحاظ نسبت شعاع آند به طول آن است. با استفاده از دستگاه پلاسمای کانونی می توان پلاسمای پالسی با طول عمر در حدودnm 100 و با دمای بالا در حدودkev 1 و چگالی بالا تولید کرد. دستگاه پلاسمای کانونی بعنوان منبع تولید اشعه ایکس پالسی، یونهای پرانرژی، الکترونهای نسبیتی و همچنین نوترونهای پرانرژی(در صورت استفاده از گاز دوتریوم) بشمار می رود. دستگاه پلاسمای کانونی دارای کاربردهای فراوانی از قبیل استفاده در صنعت پزشکی، کاشت یونی، تولید رادیو ایزوتوپ(در صورت استفاده از گاز دوتریوم)، عیب یابی اجسام سریع و لیتوگرافی می باشد. پارامترهای مختلفی در بهینه کردن دستگاه پلاسمای کانونی دخالت دارند. از این پارامترها می توان به پارامترهای هندسی دستگاه یعنی آند، کاتد و همچنین عایق بکار گرفته شده در دستگاه اشاره کرد. دیگر پارامترها که تغییرات آنها آسانتر است؛ فشار گاز کاری، نوع گاز و تغییرات ولتاژ کاری می باشند. مطالعه این پارامترها از اهمیت زیادی در بهینه کردن دستگاه دارد. در این پایان نامه با توجه به نقش پر اهمیت پارامترهای نامبرده بر عملکرد دستگاه پلاسمای کانونی، تاثیر ارتفاع عایق بر زمان تشکیل پلاسما در ولتاژها و فشارهای مختلف بررسی شده است.

هدف از این پایان نامه طراحی و ساخت میکروپلاسما در فشار اتمسفر و بررسی پارامترهای هندسی آن می باشد. این نوع از پلاسما دارای کاربردهای تجاری، صنعتی و پزشکی زیادی می باشد. سیستم های طراحی شده در این پایان نامه متشکل از دو الکترود است که یک لایه دی الکتریک در وسط آنها قرار دارد. برای دستگاه جت میکروپلاسما الکترودهای استفاده شده از جنس استیل به ضخامت 2/3 میلی متر و به قطر 16 میلی متر است و چهار نوع دی الکتریک (تفلون نسوز، فیبرفشرده، سرامیک و میکا) هم قطر با الکترود را بکار گرفته ایم و تأثیر تغییر دی الکتریک را بر جت خروجی بررسی کرده ایم. نشان داده شد که هرچه ضریب دی الکتریک و نقطه ذوب دی الکتریک بالاتر باشد مدت زمان کارکرد دستگاه بیشتر و جت خروجی یکنواخت تر است. برای تولید میکروپلاسمای سطحی که نوعی از آن محرک پلاسمایی است از دو روش استفاده کرده ایم. الکترودهای بکار گرفته شده در این حالت از جنس مس به ضخامت 1 میلی متر و دی الکتریک از جنس تفلون نسوز به ضخامت1میلی متر می باشد. در این آزمایش تأثیر تغییر فاصله بین الکترودی بر میکروپلاسمای تولید شده مورد بررسی قرار گرفت. نشان داده شد که اگر فاصله بین الکترودی خیلی کم و یا خیلی زیاد باشد سیستم شروع به کار نخواهد کرد و در یک فاصله معین می-توانیم میکروپلاسمای سطحی یکنواختی داشته باشیم. همچنین نشان داده شد که اگر جریان گاز از حدی کمتر باشد میکروپلاسما تشکیل نخواهد شد و با افزایش جریان گاز میکروپلاسمای تولید شده افزایش می یابد و اگر جریان گاز از حدی بالاتر رود میکروپلاسمای تولید شده ثابت می ماند و دیگر افزایش نمی یابد. تمامی آزمایش ها را دو مرتبه یک بار با گاز آرگون و بار دیگر با هوا تکرار کرده ایم.

پدیده بازاتصالی مغناطیسی در پلاسمای با رسانندگی بالا اتفاق می افتد و باعث تبدیل سریع انرژی مغناطیسی محیط به انرژی گرمایی و جنبشی پلاسما و همینطور شتابدار شدن ذرات باردار در محیط میشود و ساختار میدان مغناطیسی را نیز تغییر می دهد. این پدیده در پلاسماهای تحقیقاتی همجوشی هسته ای (پلاسمای توکاماک) و در پلاسماهای طبیعی فضایی نظیر شراره های خورشیدی، کرونای خورشیدی، ستاره های نوترونی و مگنتوسفر زمین و... نقش ایفا میکند. مدل بازاتصالی مغناطیسی، اسپاین پیچشی است که در آن خطوط میدان در امتداد محور اسپاین متمرکز شده و در صفحه فن به صورت چرخشی از یکدیگر باز می شوند. میدان های الکتریکی که بر اثر تغییرات زمانی و فضایی میدان های مغناطیسی تولید شده اند، باعث شتاب گرفتن ذرات باردار می شوند. از طرفی نیروی لورنتزی که از طرف میدان های مغناطیسی وارد می‍شود باعث سوق پیدا کردن ذرات باردار می شود. در این مطالعه، نحوه شتابدار شدن و گیرافتادگی ذره باردار پروتون را بررسی می کنیم. محاسبات عددی نشان می دهند که در مدل اسپاین پیچشی ذره می تواند بر حسب مکان اولیه ش در راستای اسپاین یا روی صفحه فن حرکت کند و یا محصور گردد. پروتون شتابدار شده چه در راستای اسپاین یا محور فن به انرژی هایی در حدود مگاالکترون ولت می رسد و در بازه زمانی در حدود میلی ثانیه ناحیه بازاتصالی را ترک می کند همچنین با تغییر هر یک از پارامترهای اولیه، مسیر حرکت و انرژی و سایر پارامترها تغییراتی درآنها ایجاد می شود.

دو چیز که تقریبا در تمام قسمت جهان وجود دارد ذرات باردار و پلاسما هستند. اثر متقابل این دو بعنوان یکی از موضوعات جالب در فیزیک پلاسما بشمار می رود که پلاسمای غبارآلود نام دارد . این نوع پلاسما در منظومه شمسی ، قمرهای سیارات ، دنباله ستاره های دنباله دار و غیره وجود دارد. ذرات باردار دراثر نیروهای الکترومغناطیسی و یا اختلال اعمالی از بیرون با هم اندرکنش می کنند که منجر به تشکیل موج می گردد. در این مطالعه ، مشخصات اساسی فیزیک پلاسمای غبارآلود و فرآیندهای باردار شدن ذرات غبار بررسی و همچنین روابط پاشندگی امواج با فرکانس پائین (امواج صوتی غباری و یون صوتی غباری ) در پلاسماهای غبارآلود غیر مغناطیده بدون برخورد ، برخوردی و با تاثیر نیروی گرانش محاسبه و نتایج بدست آمده در شرایط مختلف مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.