原子序数对等离子夹紧性能和辐射排放的影响

抽象的

本研究的目的是研究在使用氢气和氩气时，等离子体箍缩特性和辐射发射对稠密等离子体聚焦装置(NX2)内工作气体原子数的依赖关系。用Lee的代码在一个恒定气体压力值( ）。结果表明，在氢等离子体夹紧的情况下，等离子体焦点的最小半径为0.30cm，在氩等离子体夹出0.17厘米的情况下，这影响了辐射发射的值 和11. J for the hydrogen and argon pinch, respectively. The energy of the ion beam released by the breakdown of the plasma pinch was found as 在氢的状态，并 处于氩的状态。

1.介绍

自20世纪60年代科学家Mather和Fillipov发现高密度等离子体聚焦现象以来，1那2[他们的名字已知其两种类型的致密等离子体焦点装置的设计，已经进行了大量的研究和研究，这些研究和研究已经处理了来自诸如等离子体焦点动态，粒子发射和X-的各个方面的这种独特的现象射线排放。对等离子体聚焦动态的研究覆盖了装置内的等离子体层的形成和加速[3.]影响诸如鞘电流的因素[4.]，捏电流[5.]，绝缘体的长度用来将阳极和阴极，在该装置内使用的气体的类型分离[6.那7.]电容器组的参数[8.]和电极工程，以及使用各种气体的稠密等离子体聚焦装置产生的离子束特性[9.］．由于等离子体捏缩在其形成的短时间(数纳秒)后发生坍塌，并在相反的方向发射离子和电子，许多研究已经进行，以处理从发射的粒子束中获益的可能性，如光刻[10.那11.]及短命的放射性同位素生产[12.-15.]薄膜沉积[16.那17.］．从稠密等离子体聚焦的软X射线照射是根据两种机制：线性辐射和连续辐射（重组和轫致辐射）[18.-20.］．的硬X射线也通过电子的碰撞产生光束从等离子体箍缩的与阳极崩溃所得[21.-23.］．

Lee’s code is one of the most important programs used to simulate the phenomenon of plasma focus because of its important features, as it couples electrical circuit parameters with the dynamics and thermodynamics of the plasma focus and radiation, enabling a realistic simulation of all gross focus properties. The basic model is described in [24.那25.］．此代码已在许多等离子体聚焦设备，如联合国大学/国际理论物理中心等离子体聚焦基金（UNU / ICTP PFF）NX2设备和NX1设备被使用。

在上面提到的实际应用中,等离子体压力是离子光束的来源,这些光束的特征(数量的离子通量和能量)相关设备的规范使用,也取决于所使用的气体的类型,这一直在讨论一个先前的研究(9.］．在本研究中，我们根据以下方法，利用Lee编码进行了一系列的数值实验，研究了原子序数的差异对缩窄(缩窄半径与阳极半径之比)的影响。

2.关于方法的简要说明

二种气体发散原子序数值被选择（1氢和氩18）。大量的数值进行实验使用稠密等离子体聚焦装置上的李的代码，和下面是其中的一个简要说明。

2.1。NX2致密等离子体焦点设备描述

它是一种紧凑的等离子体焦点（CPF）设备，其适用于一组平行布置的电容器，以减小杂散（静态）电感在外部电路中向下至低至15 nH，其中使用一组12个电容器。该器件在最多16 Hz重复速率下运行，并在11.5 kV下产生400 ka的峰值电流。由于NX2的烧制频率越高，不需要通过循环水冷却不锈钢电极以避免过量加热[26.］．

2.2。Lee代码描述

该代码用等离子体聚焦（PF）动态，热力学和辐射耦合电路。它已被用于Mather型PF实验的设计和解释以及作为在所有气体中提供诊断参考号的互补设施。所计算的信息包括轴向和径向动力学，软X射线发射特性，以及各种应用的产量，包括微电子光刻和机器优化。等离子体聚焦中子产量计算，电流和中子产量限制，中子缩放的劣化（中子饱和），辐射塌陷，速度增强的等离子体焦点，电流阶梯式等离子体焦点，以及来自电流信号的诊断和异常电阻数据的提取使用该代码，该代码也为所有气体的氘束和离子束的流量，通量和能量产生了参考编号[27.］．

3。结果与讨论

总放电电流路径是等离子体聚焦整体性能的最重要指标。在等离子体聚焦演化的不同阶段，它操作(能量呈现)所有的动力学、热力学、电动力学和辐射发射过程。总放电电流路径的波函数包含了所有先前过程的信息。电流路径的一般形状由电容器组、电子管和运行参数决定。因此，研究等离子体焦点的第一步是研究从电容器组放电时刻开始的放电电流。这就是我们所做的，我们发现了放电电流的波函数当使用氢气和氩气时。

Lee Code版本Radpfv6.1b [28.]被用来模拟一个NX2密集等离子体聚焦装置具有以下参数[29.］．

基本设备参数被保存，并且气体压力值被固定在值 当总电流( ）达到了，假设在当前的该值存储在所述电容器组的能量的最大可能的量被转移到捏相。

结果如下。

3．1.氢气

从关闭开关到电容器组放电的末端的时刻取出放电电流的波形，如图所示1其中放电电流的最大值为 。

根据Lee的代码和放电电流的波形，径向阶段开始 并结束at. 那这意味着它会持续 并且氢等离子体夹紧时间 并且捏合内的离子数量是 最高温度是 。

仿真结果表明，最小半径捏是 并且夹克等离子体半径与阳极半径的比率是 。

3.2。氩气

按照相同的步骤，氢气的情况下，放电电流的波形示于图2。

的放电电流的最大值是 。

径向阶段开始 并结束at. 那也就是说，它持续了解 和氢等离子体捏时间 和离子的捏内的数目是 最高温度是 。我们观察到最小捏桡 并且夹克等离子体半径与阳极半径的比率是 。

通过比较氢气情况下的最小箍缩半径值， 那和氩气， 那我们注意到的较低的值in the case of argon, which can be explained by the energy gain/loss in the case of argon plasma during the compression phase, and from Lee’s code, we found the values of energy gain (Joule heating) and energy loss (radiation) shown in Table1。

从桌子上很清楚2由于氢等离子体中的辐射引起的能量损失非常小，因此，减少等离子体夹紧半径不是一个原因。

从数值模拟的结果，我们注意到，这两个夹持时间和箍缩等离子体半径与阳极半径的比率（ ）在氩气的情况下氢气在较大，因此离子的更大数量的被捕获的夹内 ;这就增加了产生的离子束的能量。模拟结果表明，氢离子束在形成的等离子体箍缩破坏时释放的能量为 那其中哪些占操作能量的0.9%，而在氩气的情况下 和3.8％的运营能量。

通过将这些结果与研究结果进行比较[9.], the energy of the ion beam was changed due to two factors, both the pinch’s voltage and the number of effective charge, while in our study we focused on the effect of constriction of the pinch on the energy of ion beam as it was found that the lower constriction value (argon) increased the value of the ion beam energy because a greater number of ions are trapped inside the pinch.

4。结论

此研究在压缩阶段期间证明在密集等离子体聚焦装置中使用在等离子体箍缩的形成气体的原子数的值的重要性。该研究表明，在气体的情况下具有高原子序数（氩气）的夹变窄是 而在气体与低原子序数（氢）的情况下，它是 那因此,在氩等离子体的情况有一个更大的能量转移到等离子体,从而增加辐射,因此离子束的能量价值,导致崩溃的压力增加后,氩离子束的能量 而氢离子束的能量为 。

数据可用性

根据作者的要求提供数据;联系alaa.nassif.85@hotmail.com.。

利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

参考

1. J. W. Mather，“高密度氘等离子体焦点的形成”流体物理学，卷。8，没有。2，pp。366-377,1965。查看在：出版商网站|谷歌学者
2. N. V. Fillipov, T. I. Fillipova, V. P. Vinogradov，“非圆柱形的致密高温等离子体-pinch压缩，“核聚变，补充2，pp。577-587，1962。查看在：谷歌学者
3. A. Shakya，P. Gautam和R. Khanal，“等离子体焦点装置PF1000和PF400中的等离子体动力学的比较”尼泊尔杂志物理学会，卷。3，不。1期，第55-59，2016。查看在：出版商网站|谷歌学者
4. M. S.拉菲克，P.李，A.的Patran，R. S.拉瓦特和S.李，“与来自氘等离子体聚焦电流鞘的演变辐射发射相关，”聚变能杂志，第29卷，第2期3, pp. 295-304, 2010。查看在：出版商网站|谷歌学者
5. S. Lee和S. H. Saw，“夹住血浆焦点的电流限制效果”应用物理字母，第92卷，第2期2008年第021503条第2款。查看在：出版商网站|谷歌学者
6. S.铝Hawat，M.阿克尔，S. Lee和S. H.锯床，“模型参数与在两个不同的等离子体聚焦装置的气体压力在氩气和氖操作时，”聚变能杂志第31卷第1期1，pp。13-20,2012。查看在：出版商网站|谷歌学者
7. S. Lee和S. H. Saw，“等离子体聚焦离子束注入各种气体，”等离子体物理学，第20卷，第2期。第6条第062702条，2013年。查看在：出版商网站|谷歌学者
8. S. H.锯床，李S.，F Roy等人，“在等离子体聚焦电容器组的静态电感和电阻的situdetermination，”科学仪器审查第81卷第1期5, 2010年第053505条。查看在：出版商网站|谷歌学者
9. S. Walid和N.AlaA，“由NX2等离子体聚焦装置产生的”离子梁属性，具有氦气和氮气“，”美国现代物理学杂志，卷。8，没有。1，第6221273，第1-4页，2019。查看在：出版商网站|谷歌学者
10. E.P.Bogolyubov，V.D.Bochkov，V.A.Veretennikov等，“基于等离子聚焦的X射线光刻强大的软X射线源”，Physica Scripta.(第57卷)4、1998年。查看在：出版商网站|谷歌学者
11. 唱Lee，P. Lee，Guixin Zhang等，“高级速率高性能等离子重点是一个强大的辐射源”，血浆科学的IEEE交易，卷。26，不。4，pp。1119-1126，1998。查看在：出版商网站|谷歌学者
12. E.安杰利，A. Tartari，M. Frignani等人，“等离子体聚焦装置内放射性同位素的生产，”核技术与辐射防护，第20卷，第2期。1，第33-37页，2005年。查看在：出版商网站|谷歌学者
13. A. Talaei, S. M. Sadat Kiai, and A. A. Zaeem， "混合气体对产量的影响^18.F放射性同位素在等离子体聚焦装置，"应用辐射与同位素，卷。68，没有。12，PP。2218-2222,2010。查看在：出版商网站|谷歌学者
14. M. V.罗斯汉，S. V. Springham，R. S.拉瓦特和P.李，“短命在小等离子体聚焦装置PET放射性同位素生产，”血浆科学的IEEE交易第38卷第2期12, pp. 3393-3397, 2010。查看在：出版商网站|谷歌学者
15. M. Akel, S. Alsheikh Salo, S. Ismael, S. H. Saw, S. Lee，“基于Lee模型的等离子体聚焦装置中高能氘核与石墨靶的相互作用”，等离子体物理学，卷。21，不。7，文章072507 2014年。查看在：出版商网站|谷歌学者
16. O. Mangla，S. Roy和K.K. Ostrikov，“基于致密的等离子体聚焦的III-V半导体纳米制剂：独特的特征和最近的进步，”纳米材料，卷。6，不。1，p。4，2015年。查看在：出版商网站|谷歌学者
17. Z.Y.PAN，R. Raira Rawat，M.V. Roshan等，“纳米结构磁性COPT薄膜合成，使用在千千乐范围内运行的致密等离子体聚焦装置，”物理学报CHINESS，卷。42，不。17，文章175001，2009年。查看在：出版商网站|谷歌学者
18. M. Akel和S. Lee，“血浆焦点氩软X射线产量对储存能量，总和捏电流的依赖性”。聚变能杂志第31卷第1期2, pp. 143-150, 2012。查看在：出版商网站|谷歌学者
19. Sing Lee，S. H. Saw. Saw，R. S. Rawat等，“测量软X射线脉冲与等离子焦点建模动态的相关性”血浆科学的IEEE交易，卷。39，没有。11，pp。3196-3202，2011。查看在：出版商网站|谷歌学者
20. M. Akel, S. Al-Hawat，和S. Lee，“3kj等离子体聚焦y -1中氮等离子体软x射线发射优化的改进Lee模型数值实验”，聚变能杂志，卷。28，不。4，第355-363页，2009年。查看在：出版商网站|谷歌学者
21. M.Mahtab，M.Gaghingour，G.H. Roshani和M. Habibi，“使用自适应神经外套推理系统对等离子体聚焦装置中最高HXR产量的方法，以优化阳极配置”中国实验物理学，卷。2014年，第807403款，8页，2014年。查看在：出版商网站|谷歌学者
22. F. Di Lorenzo，V.Raspa，P.Knoblauch，A.Lazarte，C. Moreno和A. Clausse，基于2.5 kJ等离子体焦点的Flash射线照相的硬X射线源“应用物理学杂志，卷。102，没有。3，第033304，2007年。查看在：出版商网站|谷歌学者
23. E. Fogliatto，J.冈萨雷斯，M. Barbaglia，和A. Clausse，“不含扩大等离子体聚焦放电硬X射线发射的模型，”物理学报会议系列， 2014年第511卷，第012036条。查看在：出版商网站|谷歌学者
24. S.李，“等离子体聚焦模式产生的轨迹和结构。在等离子体中的辐射。V. 2.从1983年上大学等离子体物理评论“，1984年，https://inis.iaea.org/。查看在：谷歌学者
25. W. Sahyouni和A. Nassif，“NX2致密等离子体聚焦装置的霓虹软X射线产量优化”乔丹物理学杂志，第11卷，第5期。3，页167-172,2018。查看在：谷歌学者
26. S. Lee和S. H. Saw，“从等离子体焦点生成软X射线（SXR）”工程和技术的国际期刊，卷。1，不。1，p。2010年，2010年。查看在：谷歌学者
27. S. Lee，“等离子体焦点辐射模型：李模型代码审查”聚变能杂志，卷。33，不。4，第319-335，2014。查看在：出版商网站|谷歌学者
28. S.李，“辐射密集等离子体聚焦计算包：RADPF，” 2010年，http://www.plasmafocus.net/。查看在：谷歌学者
29. S. Lee和S. H.锯，各种气体等离子体聚焦的离子束缩放， vol. 14, INTI International University Nilai Malaysia, 2013。

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