در این پایان نامه، ابتدا به تئوری چشمه ی پلاسمای فرکانس رادیویی 56/13 مگاهرتز فشار اتمسفری می پردازیم. پلاسمای سرد تخلیه ی تابان سد دی الکتریک با گاز آرگون در یک ساختار الکترودی استوانه ای ایجاد خواهد شد و با استفاده از بیناب سنجی گسیل نوری به شناسایی گونه های پلاسمایی تولید شده و نیز تعیین دما و چگالی الکترون خواهیم پرداخت. خطوط بینابی آرگون اتمی، آرگون یک بار یونیزه و نیز خطوط گسیلی از اتم مس خنثی و یون مس یک بار یونیزه مشاهده شدند. همچنین خط بینابی نیتروژن یک بار یونیزه نیز به دلیل ناخالصی آرگون مشاهده گردید. با استفاده از روش رسم نمودار بولتزمن برای خطوط بینابی آرگون اتمی، دمای تحریک الکترونیکی 74/0 الکترون ولت به دست آمد. دمای گاز نیز با استفاده از یک ترموکوپل دیجیتالی، 373 درجه ی کلوین اندازه گیری شد. چگالی الکترون نیز از مرتبه ی cm-3 1012 دست آمد. با عکس گرفتن از پلاسمای گاز آرگون تولید شده و با استفاده از منحنی توزیع نسبی شدت تابندگی، دریافتیم که پلاسما در مد ? کار می کند. با اندازه گیری ولتاژ و جریان کل، قبل و بعد از شروع تخلیه در یک ساختارالکترودی دو صفحه ی موازی، ویژگی های الکتریکی اندازه گیری شدند. در این اندازه گیری ها مشخص شد که در حضور هوا، با افزایش توان تا 180 وات نیز پلاسما تشکیل نشد و این در حالی است که با گاز آرگون، تخلیه در توان 122 وات و در ولتاژ فروشکست تقریبا 460 ولت شروع شد. با افزایش توان ورودی هم برای هوا وهم برای آرگون، ولتاژ کل افزایش می یابد. شیب خط نمودار ولتاژ- جریان، امپدانس سیستم را نشان می دهد. مقایسه ی نمودارهای ولتاژ- جریان قبل و بعد از تخلیه نشان می دهدکه چون پس از شروع تخلیه، پلاسما مانند یک محیط رسانا عمل می کند، امپدانس سیستم کاهش می یابد. همچنین پس از شروع تخلیه، ولتاژ کل پلاسماکاهش می یابد، در حالی که جریان کل تخلیه افزایش می یابد.

رابطه ی پاشندگی برای لیزر الکترون آزاد دو جریانی با میدان مغناطیسی ویگلر با هدایت کانال یونی در رژیم رامان مورد بررسی قرار گرفته است، این رابطه ی پاشندگی برای امواج الکترواستاتیک و الکترومغناطیس جفت شده به دست آمد، همچنین رابطه ی پاشندگی برای موج راستگرد در غیاب موج چپگرد و موج بار – فضا و به طور مشابه برای موج چپگرد در غیاب موج راستگرد و موج بار – فضا نیز به دست آمد.رابطه ی پاشندگی لیزر الکترون آزاد دو جریانی با میدان مغناطیسی ویگلر پیچشی و کانال یونی به طور عددی حل شده است که در نتیجه ی این حل عددی افزایش چشمگیر نرخ رشد در لیزر الکترون آزاد دو جریانی در مقایسه با لیزر الکترون آزاد تک جریانی برای هر دو گروه i و ii مشاهده شده است. ماکزیمم نرخ رشد به عنوان تابعی از فرکانس کانال یونی نرمالیزه شده مورد مطالعه قرار گرفته و نشان داده شد که در گروه i با افزایش فرکانس کانال یونی نرخ رشد افزایش و در گروه ii نرخ رشد کاهش می یابد.

بررسی اثر خود میدانهای مغناطیسی و الکتریکی بر برهمکنش لیزر الکترون آزاد در رژیم رامان به علت وجود دانسیته بالا و انرژی پایین الکترونها از اهمیت زیادی برخوردار است اخیرا جفت شدگی بین امواج در لیزر الکترون آزاد در حضور میدان های مغناطیسی ویگلر پیچشی یک بعدی و محوری مطالعه و خصوصیات آن بررسی شده جفت شدگیهای جدیدی بدست آمده است در این پروژه خود میدان الکتریکی باریکه نسبیتی که از معادله پواسون و خود –میدان مغناطیسی که از قانون آمپر و با در نظر گرفتن اثرخودمیدانهای ناشی از سرعت محوری در مرتبه های بالاتر به دست آمده در محاسبات منظور گردیده و تاثیر خود میدانها در تحلیل لیزر الکترون آزاد بررسی شده است با حل عددی رابطه پاشندگی امواج در حضور ختود-میدانها جفت شدگی بین امواج بدست می آید

در این تحقیــق از نظریه سیالی برای بر همکنش لیزر الکترون آزاد استفاده می شود. رابطه پاشندگی لیزر الکترون آزاد در میدان مغناطیسی ویگلر پیچشی با هدایت کانال یونی و با در نظر گرفتن خود-میدان ها در رژیم رامان به دست آورده می شود و به صورت عددی و تحلیلی مورد بررسی قرار می گیرد. مطالعات ما نشان دهنده این است که با در نظر گرفتن خود-میدان ها، نرخ رشد امواج در مسیرهای گروه و در مقایسه با حالت بدون خود-میدان ها به ترتیب کاهش و افزایش می یابد.

در این تحقیق با استفاده از شبیه سازی ذره در سلول یک ونیم بعدی به بررسی اثر میدان مغناطیسی، بر برهمکنش پالس لیزری با ورقه ی نانومتری از جنس کربن الماس گونه (dlc) به منظور تولید پرتو یونی تک انرژی پرداختیم. ابتدا به بررسی اجمالی انواع شتاب دهنده ها و بخصوص شتاب دهنده ی لیزری پرداخته و سپس برهمکنش پالس لیزری با ورقه های کم چگال و پر چگال را شرح دادیم. در ادامه فرآیند های حاکم بر شتاب یون ها را بیان نموده ایم. با توجه به اینکه پارامترهایی نظیر ضخامت ورقه ی هدف، شدت پالس لیزر و شدت میدان مغناطیسی بر برهمکنش پالس لیزر با ورقه ی هدف برای تولید باریکه یونی موثر است، سعی کردیم تا شبیه سازی را برای مقادیر مختلفی از پارامترهای ذکر شده به صورت تلفیقی انجام دهیم. در یک مرحله از کار به بررسی اثر میدان مغناطیسی بر ضخامت ورقه ی هدف، فرکانس پلاسما و ضریب بازتاب پالس لیزر از روی ورقه پرداختیم. نتایج شبیه-سازی ها نشان می دهد، ضخامت ورقه های ضخیم تر (nm 20< d) در حین شتاب کاهش می یابد ولی برای ورقه های خیلی نازک (nm10> d) ضخامت ورقه غالبا در حین شتاب افزایش پیدا می کند. همچنین با افزایش میدان مغناطیسی در همه ی ضخامت-های فرض شده، دامنه بازتابی کم شده و شفافیت در ورقه ایجاد می شود. این شفافیت ناشی از حضور میدان مغناطیسی است، و البته با نسبیتی شدن شدت پالس لیزر، هر دو عامل نسبیتی و مغناطیسی برای ایجاد شفافیت در ورقه های هدف موثر هستند. بدین ترتیب شفافیت چند پارامتری را (mpt) را برحسب ضریب ?=?_n ?_d ?_? ?_b، بر پایه حضور میدان مغناطیسی، تاثیر نسبیتی، تغییر ضخامت ورقه و تعداد یون های شتاب گرفته تعریف نمودیم. در مرحله آخر شتاب یون های c+6 را در حضور میدان مغناطیسی بهینه سازی کردیم. با تغییر دادن شرایط و پارامترهای موثر، معلوم شد ضخامت 18.6 نانومتر یک ضخامت بهینه و میدان مغناطیسی با دامنه نرمالیزه 0004/0 معادل 125 تسلا یک میدان بهینه برای دامنه ی 100 a0= می-باشد. یون های کربن موجود در باریکه یونی تولید شده در شرایط بهینه، انرژیی معادل 2/4 گیگا الکترون ولت را کسب می کنند که می تواند انرژی لازم برای یون درمانی با یون های کربن را تامین کند. همچنین در این حالت پهنای نسبی انرژی 6 درصد نسبت به حالت عدم حضور میدان مغناطیسی کاهش می یابد.

چکیده در این پایان نامه علاوه بر سرعت ویگلری و رابطه پاشندگی ویگلر الکترومغناطیس با میدان مغناطیسی محوری در حالت پایا، خود- میدان های الکتریکی و مغناطیسی محاسبه شده که در اینجا خود- میدان مغناطیسی مورد استفاده از مرتبه اول می باشد و مراتب بالاتر محاسبه نشده است. در رژیم رامان با استفاده از نظریه سیالی رابطه پاشندگی لیزر الکترون آزاد با ویگلر الکترومغناطیسی و میدان محوری در حضور خود- میدانهای الکتریکی ومغناطیسی محاسبه شده و بصورت عددی و تحلیلی مورد بررسی قرار گرفته است. جفت شدگی ها به صورت شماتیک نشان داده شده و نرخ رشد جفت شدگی ها محاسبه شده است . واژگان کلیدی: خود- میدان ها، رابطه پاشندگی، نرخ رشد، لیزر الکترون

در این پایان نامه، ناپایداری لیزر الکترون آزاد دوجریانی را در حضور ویگلر الکترومغناطیس و میدان مغناطیسی محوری، در رژیم رامان بررسی کردیم. رابطه‏ی پاشندگی کلی، شامل امواج الکتروستاتیک و الکترومغناطیس جفت شده ای که در طول باریکه های الکترونی، در حضور میدان های ویگلر و محوری، منتشر می‏شوند را به دست آوردیم. همچنین رابطه‏ی پاشندگی موج الکترومغناطیس راستگرد را در غیاب امواج بار-فضا و الکترومغناطیس چپگرد به دست آوردیم؛ به طور مشابه رابطه‏ی پاشندگی موج الکترومغناطیس چپگرد را در غیاب امواج بار-فضا و الکترومغناطیس راستگرد و رابطه‏ی پاشندگی امواج بار-فضا را در غیاب امواج الکترومغناطیس راستگرد و چپگرد، به دست آوردیم. ما همچنین رابطه‏ی پاشندگی کلی را به طور عددی حل کردیم و نرخ رشد آن را نسبت به حالت تک‏جریانی، برای هر دو گروه i و ii محاسبه کردیم؛ نتایج عددی نشان دادند که بیشینه‏ی نرخ رشد ناپایداری لیزر الکترون آزاد دوجریانی در مقایسه با حالت تک‏جریانی، برای مدارهای گروه i، و برای مدارهای گروه ii، افزایش یافته و در کوچکتری، اتفاق افتاده است. همچنین، تأثیر تغییرات فرکانس پلاسما ی باریکه های الکترونی را بر بیشینه‏ی نرخ رشد، در حالت دوجریانی برای مدارهای گروه i و ii، بررسی کردیم و نتیجه گرفتیم که با افزایش در هر باریکه، نرخ رشد ناپایداری لیزر الکترون آزاد، برای هر دو گروه i و ii، افزایش یافته و به ازای های کوچکتری اتفاق افتاده است. همین طور، به بررسی تأثیر تغییرات فاکتور نسبیتی باریکه های الکترونی، یا به عبارت دیگر تأثیر تغییرات فرکانس سیکلوترونی باریکه های الکترونی، بر بیشینه‏ی نرخ رشد، در حالت دوجریانی، برای مدارهای گروه i و ii، پرداختیم و مشاهده کردیم که با افزایش فاکتور نسبیتی دو باریکه، نرخ رشد، برای مدارهای گروه i افزایش یافته و به ازای های بزرگ تری اتفاق می‏افتد و برای مدارهای گروه ii کاهش یافته و به ازای های کوچک تری اتفاق می‏افتد.

به منظور تحلیل ناپایداری امواج، روابط پاشندگی بطور عددی حل می شود. در مدارهای گروهi ، اثرات دما نرخ رشد را افزایش می دهد اما در مدارهای گروهii برای ناحیه ? مثبت اثرات دما نرخ رشد را کاهش می دهد در گروهii برای ناحیه ? منفی هم، اثرات دما نرخ رشد را افزایش یا کاهش می دهد.

در این پایان نامه با دنظر گرفتن اثرات حرارتی و در نظر گرفتن تمامی مدها به بررسی رابطه پاشندگی لیزر الکترون آزاد با زمینه پلاسما و ویگلر پیچشی در زژیم رامان پرداختیمو خل عددی انجام شده.