بهینه سازی چشمه یونی پنینگ برای تولید و استخراج H- به روش حجمی با استفاده از روش شبیه سازی ذره در سلول دانشجو : مهدی رفیعیان نجف آبادی

آگهی دفاع از رساله دکتری
پردیس علـوم
دانشکده فیزیک


عنوان: بهینه سازی چشمه یونی پنینگ برای تولید و استخراج H- به روش حجمی با استفاده از روش شبیه سازی ذره در سلول

دانشجو : مهدی رفیعیان نجف آبادی
رشته:  فیزیک اتمی و مولکولی

استاد راهنما : دکتر مسعود مهجور شفیعی
استاد مشاور:  دکتر معصومه یارمحمدی سطری

داوران داخلی:  دکتر فرزین آقامیر - دکتر عطاملک قربان زاده
داوران خارجی: دکتر علیرضا نیکنام (دانشگاه شهید بهشتی) - دکتر علی حسن بیگی (دانشگاه خوارزمی)


زمان : سه شنبه 98/07/02 ساعت 16:30
مکان : آمفی تئاتر دانشکده فیزیک

چکیده:
یون منفی هیدروژن یکی از پرکاربردترین یون‌ها در صنعت و پزشکی است. از جمله این کاربردها تولید رادیودارو است که عموما با استفاده از باریکه پروتون پر انرژی خروجی از سیکلوترون انجام می‌شود. باریکه اولیه این سیکلوترون‌ها بوسیله یک چشمه‌ی مینیاتوری پنینگ که در وسط سیکلوترون قرار داده می‌شود تأمین می‌گردد.  تمرکز این پایان‌نامه بر شبیه‌سازی دینامیک پلاسما و کلیه فرآیندهای درگیر در تولید یون منفی هیدروژن به روش حجمی در چشمه یونی پنینگ می‌باشد. در‌واقع هدف فهم بهتر دینامیک حاکم برچشمه به منظور بهبود عمل‌کرد آن بوده است. فرآیند حجمی شامل دو فرآیند مجزای تحریک مولکول‌های هیدروژن به حالت‌های  برانگیخته ارتعاشی بر اثر برخورد الکترون‌های پرانرژی با مولکول‌های زمینه، و سپس الحاق الکترون‌های کم انرژی توسط این مولکول‌ها و گسست‌ آن‌ها به یک اتم خنثی و منفی می‌باشد. به همین دلیل در تولید حجمی یون منفی هم الکترون کم انرژی و هم الکترون پر انرژی نقش مهمی را ایفا می‌کنند. شبیه‌سازی به روش ذره در سلول انجام شد و  کد ذره در سلول که  ابتدا برای چشمه‌ی پنینگ یون مثبت توسعه داده شده بود، ابتدا برای شبیه‌سازی یون‌های مثبت آرگن و هلیوم استفاده شد و برخی از مشکلات آن مانند پدیده‌ی غیر فیزیکی خود نیروی ذرات با تغییر روش حل میدان الکتریکی در سلول شبکه تا حدودی برطرف شد. برای شبیه‌سازی یون منفی  -H به روش حجمی، ۲۳ برخورد مهم به روش مونت-کارلو با برقراری بقای تکانه و انرژی در برخورد‌ها اضافه شدند. بهینه‌سازی  چشمه‌ی پنینگ یون منفی با استفاده از کد ذره در سلول به دو روش تغییر شدت میدان مغناطیسی و شعاع داخلی آند در چشمه انجام شد. در روش اول شدت میدان مغناطیسی از 0.5 تسلا تا ۱/۱ تسلا تغییر می‌کند. نتایج مربوط به آمار الکترون بر حسب انرژی نشان می‌دهد که در میدان ۱/۱ تسلا تعداد الکترون کم انرژی  E<1 الکترون ولت  بیشینه است و چگالی  -H نیز بیشترین مقدار است. با تغییر شعاع داخلی آند از ۳ تا ۶ میلی‌متر در میدان مغناطیسی ثابت ۱/۱ تسلا، نشان دادیم که بیشترین مقدار  چگالی -H مربوط به شعاع ۵ میلی‌متر است. در این شبیه‌سازی‌ها توزیع پتانسیل و چگالی الکترون و یون منفی در کل فضا مورد بررسی قرار گرفته است که رفتار آن‌ها به طور فیزیکی قابل توجیح می‌باشند. همچنین برای چشمه یون منفی افت چند صد ولتی پتانسیل در آند در قیاس با افت حدود ۳۰  ولتی نزدیک کاتد مبین آن است که به احتمال زیاد چشمه در مد TM کار می‌کند.

آدرس کوتاه :