شماره ركورد
34170
پديد آورنده
احسان برنوسي
عنوان
بررسي تأثير شدت ميدان مغناطيسي در پيكربندي واگرا بر مشخصات تخليه الكتريكي در خلأ بالا
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
فوتونيك
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/07/13
استاد راهنما
مصطفي سلحشور
استاد مشاور
ندارم
دانشكده
فيريك
چكيده
چكيده
اين پژوهش به بررسي جامع و هدفمند تأثير شدت ميدان مغناطيسي با پيكربندي واگرا بر مشخصات تخليه الكتريكي جريان مستقيم (DC) در شرايط خلأ بالا (فشار كمتر از 3-10 ميليبار) ميپردازد. ايجاد و پايداري پلاسما در چنين فشارهاي پاييني به دليل كاهش چشمگير احتمال برخورد يونيزان، يك چالش اساسي است. اين تحقيق با هدف پر كردن شكاف اطلاعاتي موجود در اين زمينه، از دو رويكرد مكمل شبيهسازي كامپيوتري و آزمايشگاهي بهره ميبرد.
در بخش شبيهسازي، با استفاده از نرمافزار كامسول، يك چشمه پلاسماي كاتد فيلاماني با مدار مغناطيسي خارجي مدلسازي شد. در اين مدل، توزيع ميدانهاي الكتريكي و مغناطيسي محاسبه و سپس با استفاده از ماژول رديابي ذرات باردار، مسير حركت الكترونها تحليل گرديد. نتايج شبيهسازي نشان داد كه پيكربندي ميدان مغناطيسي واگرا به طور مؤثري الكترونها را محصور كرده و با افزايش شدت ميدان، زمان اقامت آنها در ناحيه تخليه افزايش مييابد كه اين امر منجر به بهبود چشمگير بازدهي يونيزاسيون ميشود.
در بخش تجربي، يك چشمه پلاسماي سفارشي با قابليت تغيير تعداد آهنرباهاي دائمي (براي تنظيم شدت ميدان) طراحي و ساخته شد. اين چشمه درون يك سامانه لايهنشاني تحت خلأ بالا (IONEX) نصب گرديد و مشخصههاي ولتاژ-جريان (V-I) پلاسما تحت تأثير سه پارامتر كليدي ثبت شد. اين پارامترها عبارتند از: فشار گاز (كه با يك شير سوزني دقيق تنظيم ميشد)، جريان فيلامان (كنترلكننده گسيل الكترونهاي اوليه) و شدت ميدان مغناطيسي (در سه حالت ضعيف، متوسط و قوي با 3، 6 و 12 ستون آهنربا).
نتايج آزمايشگاهي نشان داد كه جريان فيلامان به عنوان منبع الكترونهاي اوليه، قويترين تأثير را بر دامنه جريان پلاسما دارد. افزايش فشار گاز، ولتاژ شكست را كاهش داده و چگالي جريان را افزايش ميدهد. مهمتر از همه، نتايج به وضوح اثبات كرد كه افزايش شدت ميدان مغناطيسي، كارايي تخليه را به شدت بهبود بخشيده و سيستم را قادر ميسازد تا در فشارهاي كاري بسيار پايينتر، پلاسمايي پايدار و با چگالي جريان به مراتب بالاتر توليد كند. اين پژوهش با موفقيت نشان داد كه با كنترل همزمان اين سه پارامتر، ميتوان مشخصات پلاسما را به طور دقيق در يك فضاي كاري گسترده تنظيم نمود و بر چالشهاي تخليه الكتريكي در خلأ بالا غلبه كرد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/09/24
عنوان به انگليسي
Investigation of the effect of magnetic field intensity in a divergent configuration on electrical discharge characteristics in high vacuum
تاريخ بهره برداري
10/5/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
احسان برنوسي
چكيده به لاتين
This research provides a comprehensive and systematic investigation of the effect of magnetic field intensity in a divergent configuration on the characteristics of direct current (DC) electrical discharge under high vacuum conditions (less than 10−3 mbar). Creating and sustaining plasma at such low pressures is a significant challenge due to the drastic reduction in the probability of ionizing collisions. Aiming to fill the existing information gap in this field, this study utilizes two complementary approaches: computer simulation and experimental investigation.
In the simulation section, a filament cathode plasma source with an external magnetic circuit was modeled using COMSOL Multiphysics software. In this model, the distribution of electric and magnetic fields was calculated, and subsequently, the trajectory of electrons was analyzed using the charged particle tracing module. The simulation results indicated that the divergent magnetic field configuration effectively confines electrons, and as the field intensity increases, their residence time in the discharge region is prolonged, leading to a significant improvement in ionization efficiency.
In the experimental section, a modular and custom-built plasma source, capable of varying the number of permanent magnets (to adjust field intensity), was designed and constructed. This source was installed inside a high-vacuum deposition system (IONEX), and the plasmaʹs voltage-current (V-I) characteristics were recorded under the influence of three key parameters: gas pressure (regulated by a precision needle valve), filament current (controlling the emission of primary electrons), and magnetic field intensity (in three configurations: weak, medium, and strong with 3, 6, and 12 magnet columns, respectively).
The experimental results showed that the filament current, as the source of primary electrons, has the most potent influence on the plasma currentʹs magnitude. Increasing the gas pressure reduces the breakdown voltage and increases the current density. Most importantly, the results clearly demonstrated that increasing the magnetic field intensity significantly enhances the discharge efficiency, enabling the system to produce a stable plasma with substantially higher current density at much lower working pressures. This research successfully demonstrated that by simultaneously controlling these three parameters, the plasma characteristics can be precisely tuned over a wide operational space, thereby overcoming the challenges of electrical discharge in a high vacuum.
كليدواژه هاي فارسي
تخليه الكتريكي , پلاسما , خلأ بالا , ميدان مغناطيسي
كليدواژه هاي لاتين
Electrical Discharge , Plasma , High Vacuum , Magnetic Field
Author
Ehsan Bernosi
SuperVisor
Mostafa Salahshoor