شماره ركورد
34159
پديد آورنده
علي خسروي
عنوان
طراحي و ساخت نمونه آزمايشگاهي تفنگ الكترون پلاسمايي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
فوتونيك
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/8/28
استاد راهنما
مصطفي سلحشور
استاد مشاور
ندارم
دانشكده
فيزيك
چكيده
چكيده
تفنگهاي الكترون پلاسمايي به دليل قابليت توليد پرتوهاي پايدار و پرتوان، ابزارهاي كليدي در فناوريهاي پيشرفتهاي مانند لايهنشاني، اصلاح سطح و پيشرانهاي فضايي محسوب ميشوند. با اين حال، گافهاي اطلاعاتي در جزئيات طراحي و بهينهسازي، توسعه بومي اين فناوري را با چالش مواجه كرده است. هدف اصلي اين پاياننامه، طراحي، ساخت و مشخصهيابي يك نمونه آزمايشگاهي تفنگ الكترون پلاسمايي مينياتوري مبتني بر چشمه پلاسماي جريان مستقيم در رژيم خلأ بالا است. براي دستيابي به اين هدف، پژوهش در سه مرحله شبيهسازي، ساخت و آزمايش انجام شد. در مرحله اول، با استفاده از نرمافزار كامسول، توزيع ميدانهاي الكتريكي و مغناطيسي در يك ساختار با محصورسازي مغناطيسي واگرا شبيهسازي و تأثير پارامترهايي نظير ولتاژ كاتد و مكان آهنرباها بر رديابي مسير الكترونها تحليل گرديد. نتايج شبيهسازي نشان داد كه اين پيكربندي قابليت بالايي در محصورسازي الكترونها و افزايش طول مسير مؤثر آنها دارد. در مرحله بعد، سه طرح مختلف تفنگ الكتروني ساخته شد: يك كاتد سرد و دو نسخه كاتد فيلاماني با ساختارهاي مكانيكي متفاوت. در بخش آزمايش، طرح كاتد سرد در ايجاد پلاسما ناموفق بود، اما طرحهاي مبتني بر فيلامان تنگستني (الهامگرفته از چشمه كافمن) با موفقيت پلاسما را تشكيل داده و قادر به استخراج پرتوهاي يون و الكترون بودند. طرح نهايي كه داراي پايه كاتد سراميكي اصلاحشده بود، پايداري حرارتي و مكانيكي بهتري از خود نشان داد. نتايج تجربي نشان داد كه جريان تخليه پلاسما به طور مستقيم با جريان فيلامان و فشار گاز قابل كنترل است. اگرچه پرتوهاي استخراجشده به صورت بصري مشاهده شدند، جريان آنها كمتر از دقت دستگاههاي اندازهگيري (كمتر از 10 ميليآمپر) بود. اين تحقيق با موفقيت دانش فني لازم براي طراحي و ساخت يك تفنگ الكترون پلاسمايي را فراهم آورد و راه را براي بهينهسازيهاي آتي هموار ساخت.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/09/23
عنوان به انگليسي
Design and construction of a laboratory prototype plasma electron gun
تاريخ بهره برداري
11/19/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
علي خسروي
چكيده به لاتين
Plasma electron guns are key components in advanced technologies such as thin-film deposition, surface modification, and space propulsion, owing to their ability to generate stable, high-power beams. However, knowledge gaps in design and optimization details have challenged the domestic development of this technology. The primary objective of this thesis is to design, construct, and characterize a laboratory prototype of a miniature plasma electron gun based on a direct current (DC) plasma source operating in a high-vacuum regime. To achieve this goal, the research was conducted in three phases: simulation, fabrication, and experimental testing. In the first phase, the distribution of electric and magnetic fields in a structure with a divergent magnetic confinement configuration was simulated using COMSOL Multiphysics. The effects of parameters such as cathode voltage and magnet positioning on electron trajectory tracing were analyzed. Simulation results indicated that this configuration is highly effective for electron confinement and increasing their effective path length. Subsequently, three different electron gun designs were fabricated: a cold cathode and two versions of a filamentary cathode with distinct mechanical structures. In the experimental phase, the cold cathode design failed to generate plasma. However, the designs based on a tungsten filament (inspired by the Kaufman ion source) successfully formed plasma and were capable of extracting both ion and electron beams. The final design, featuring a modified ceramic cathode base, demonstrated superior thermal and mechanical stability. Experimental results showed that the plasma discharge current could be directly controlled by the filament current and gas pressure. Although the extracted beams were visually confirmed, their currents were below the measurement resolution of the power supplies (<10 mA). This research successfully established the technical know-how for designing and building a plasma electron gun, paving the way for future optimizations.
كليدواژه هاي فارسي
تفنگ الكترون پلاسمايي , چشمه پلاسماي جريان مستقيم , تخليه الكتريكي , خلأ بالا , محصورسازي مغناطيسي , چشمه يون كافمن
كليدواژه هاي لاتين
Plasma Electron Gun , DC Plasma Source , Electric Discharge , High Vacuum , Magnetic Confinement , Kaufman Ion Source
Author
Ali Khosravi
SuperVisor
Dr. Mostafa Salahshoor