طراحی و ساخت شتاب دهنده نانو و میکرو ذرات در فشار اتمسفر و تعیین توزیع اندازه ذرات

طرح اولیه این پژوهش، مطالعه ذرات به وسیله دستگاه ims بود تا بتوان با استفاده از سرعت ذرات در میدان الکتریکی اندازه و جرم آن ها را به طریقی به دست آورد. اما در این راه مشکلاتی وجود داشت که برای مثال می توان به پراکنده کردن و معلق نمودن ذرات در فاز گازی، باردار کردن آن ها و عدم آشکارسازی تک تک ذرات با استفاده از الکترومتر اشاره کرد. نهایتا با انجام آزمایشات طبقه بندی شده و منظم نتایج جالب توجهی به دست آمد. در این رساله یک منبع جدید باردار کننده ذرات در محدوده های نانو، میکرو و میلی متر ساخته شد. این منبع در فشار اتمسفر و به روش بارداری تماسی کار می کند. ذرات در اثر تماس با دو سطح فلزی و موازی با هم که به ولتاژ بالا وصل شده اند، باردار می شوند و بین دو صفحه به نوسان در می آیند. منبع جدید قابلیت باردار کردن تمام ذرات مانند هادی، عایق و نیمه هادی را دارا می باشد. تعداد بار قرار گرفته بر روی ذرات نسبت به روش های معمول بارداری بسیار زیاد است. برای مثال، یک ذره 100 میکرونی در حدود چندین میلیون الکترون دریافت می کند. از مزیت های مهم این منبع می توان به سادگی، قیمت پایین، عدم نیاز به گاز حامل، راندمان باردار کنندگی بالا، خاصیت پراکنده کنندگی ذرات در حین باردار نمودن آن ها، پوشش دهی محدوده وسیعی از اندازه ذرات (از نانو تا میلی متر)، کنترل آسان تعداد بار قرار گرفته بر روی ذرات و قابلیت اتصال آن به سیستم های شتاب دهنده ذرات اشاره نمود. از این منبع به عنوان دستگاهی برای پوشش دهی ذرات نانو بر روی سطوح فلزی سخت استفاده شد و نتایج مطلوبی به دست آمد. علاوه بر منبع باردار کننده ذرات، دستگاه جدید آنالیزور اندازه ذرات از اتصال منبع باردار کننده جدید با دستگاه آشکار ساز نوری نیز ساخته شد. این دستگاه به روش پخش نور استاتیک کار می کند و ذرات پس از باردار شدن وارد میدان الکتریکی شده و در حین حرکت، از جلوی نور لیزر عبور می کنند. در ادامه میزان پخش نور آن ها اندازه گیری می شود و نهایتا با استفاده از روابط کالیبراسیون دستگاه، توزیع اندازه ذرات به دست می آید. از مزیت های این دستگاه نسبت به دیگر دستگاه های آنالیزور اندازه ذرات می توان به سادگی روش، عدم نیاز به گاز حامل برای انتقال ذرات از جلوی نور لیزر، عدم نیاز به پخش پودر در فاز مایع، پوشش دهی محدوده وسیعی از اندازه ذرات، عدم نیاز به تجهیزات پراکنده کننده پودر و عدم هرز رفتن ذرات در حین انتقال به ناحیه آشکارسازی اشاره نمود. همچنین از جفت کردن منبع باردار کننده جدید با لوله رانش، فرایند شتاب دهی ذرات در فشار اتمسفر انجام شد و ذرات در لوله رانش به حرکت در آمدند. برای مطالعه ذرات شتاب داده شده از یک سیستم آشکارساز دو پرتویی استفاده شد که با یک الکترومتر جفت شده بود. به این ترتیب، سرعت و بار ذرات اندازه گیری شد. با داشتن این اطلاعات می توان اندازه هر ذره را با استفاده از روابط تحرک ذرات در میدان الکتریکی به دست آورد.