عنوان پایان‌نامه
پایه ریزی و توسعه یک کد شبیه ساز ذره در سلول PIC دو بعدی برای مطالعه ی ویژگی های پلاسمای چشمه یونی پنینگ
- رشته تحصیلی
- فیزیک-هسته‌ای
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 59554
- تاریخ دفاع
- ۱۴ مرداد ۱۳۹۲
- دانشجو
- بیتا خلیلی
- استاد راهنما
- مسعود مهجورشفیعی
- چکیده
- در این پروژه کدی با استفاده از زبان برنامه نویسی C++ برای مطالعه ی شکست در گازها در فشارهای پایین برای هندسه های متفاوت پایه ریزی شد. هدف اصلی در طراحی این کد مطالعه شکست در چشمه یونی پنینگ بوده است. چشمه پنینگ دستگاه الکترومغناطیسی است که با استفاده از شکست پنینگ برای تولید پلاسما و باریکه یونی به کار گرفته می شود. این دستگاه متشکل از یک آند استوانه¬ای، دو کاتد صفحه ای در طرفین آند و یک میدان مغناطیسی محوری است. در این ساختار الکترون¬های گسیلی از کاتد حرکتی مارپیچی حول محور مغناطیسی و حرکتی رفت و برگشتی بین دو کاتد دارند. این الکترون ها در طول مسیر خود با برخوردهای یونیزان با اتم های گاز جفت های الکترون-یون تولید می کنند. اگر تعداد این برخوردها کافی باشد بهمن الکترونی ایجاد شده و به تولید پلاسما می¬انجامند. این کد با به کارگیری روش ذره-در-سلول که روشی بسیار رایج برای شبیه سازی پلاسما در مگنترون ها است و همچنین روش مونت کارلو برای احتساب برخوردهای یونیزان، برانگیختگی و الاستیک نوشته شد. در نهایت با استفاده از این کد ذرات باردار در یک چشمه یونی پنینگ شبیه¬سازی شدند و ضریب تکثیر در لحظه¬ی شکست برای یک هندسه واقعی به ازای مقادیر متفاوتی از ولتاژ کاتدی و میدان مغناطیسی محوری محاسبه شد و نتایج حاصل از آن با نتایج حاصل از شبیه سازی مشابهی با کد شناخته شده¬ی XOOPIC مقایسه گردید. مقایسه نتایج کد توسعه یافته توسط ما و کد XOOPIC اختلافی کمتر از 7/22 درصد را در محاسبه ضریب تکثیر نشان می دهد. کلید واژه: چشمه یونی، شکست پنینگ، شبیه سازی ذره-در-سلول، برخوردهای مونت کارلو.
- Abstract
- In this thesis a C++ code was developed for studying the electrical breakdown in gases at low pressures for different geometries. The main purpose of designing this code was to study the electrical breakdown in a penning ion source. The penning ion source is an electromagnetic device which could be used to produce plasma and ion beams. This device is a cell consisting of a cylindrical anode, two planar cathodes placed at both ends of the cell, and an axial magnetic field. In this structure the emitted electrons from the cathodes, go back and forth between two cathodes through a cycloidal path around the axial magnetic field. These electrons produce electron-ion pairs by colliding with the atoms of the medium gas through their path. If sufficient number of such collisions happen an electron avalanche is created which may lead to self-sustainable plasma. This code was developed based on the Particle-In-Cell technique which is a very popular technique in plasma simulations. The Monte-Carlo collision calculations were used to implement the elastic, excitation and ionization collisions. At the end, the charged particles in a real penning ion source were simulated using this code. The multiplication factor at the breakdown moment was calculated for that geometry for different axial magnetic fields and voltages. Finally, the code was checked in terms of quality of the multiplication factor with the XOOPIC which is a rather standard code. The discrepancy between our results and those obtained from XOOPIC turned out to be smaller than 22.7 percent. Keywords: Ion Source, Penning Discharge, Particle-In-Cell Simulation, Monte-Carlo Collisions.
