بررسی تحلیلی ساختار پتانسیل و آهنگ تولید نوترون در دستگاه همجوشی بروش محصورسازی الکتروستاتیکی لختی کروی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی کامل

نویسندگان

1 هیات علمی دانشگاه آزاد اسلامی

2 هیات علمی

چکیده

نمودار شعاعی ساختار پتانسیل و آهنگ تولید نوترون در دستگاه همجوشی بروش محصورسازی الکتروستاتیکی لختی کروی با استفاده از سوخت دوترون بررسی‌شده است. با معرفی توابع توزیع یون و الکترون و حل عددی معادله پواسون، ساختار پتانسیل تعیین گردیده است. در ادامه با استفاده از تابع توزیع انرژی، آهنگ واکنش همجوشی محاسبه گردیده است. وابستگی ساختار پتانسیل و آهنگ تولید نوترون به پهنای باند انرژی و اندازه حرکت زاویه‌ای، تعداد الکترون‌های ثانویه تولیدشده از سطح کاتد، توان ورودی دستگاه و فشار کاری محاسبه شده است و بصورت نمودارهای مجزا نشان داده‌ شده است. نتیجه محاسبات نشان می دهد که با کنترل برخی از پارامترها و متغیرها آهنگ تولید نوترون را می‌توان افزایش داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Analytical investigation of potential structure and neutron production rate in spherical inertial electrostatic confinement fusion devices

نویسندگان [English]

  • mohammad ali ramzanpour 1
  • mohammad reza pahlavani 2
چکیده [English]

The radial profile of potential structure and neutron production rate in spherical inertial electrostatic confinement fusion devices (IECF) using deuterium fuel is investigated. With the introduction of ion and electron distribution functions and numerical solution of Poisson's equation, the potential is determined. Using energy distribution function, calculated fusion reaction rate. The dependence of the potential structure and rate of neutron production on some important parameters as the spreads in the energy and angular momentum, the number of secondary electrons generated from the cathode surface, input power and working pressure is evaluated And is shown with control some of the parameters and variables, can increase the rate of neutron production.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Potential structure
  • Neutron production rate
  • Fusion
  • Spherical inertial electrostatic confinement
[1] R.M. Meyer, S.K. Loyalka, M.A. Prelas, Potential well structure in spherical inertial electrostatic confinement device,IEEE Transactions on plasma science 33 (2005)1377-1394.

[2] W.M. Nevins, Can inertial electrostatic confinement work beyond the ion-ion collisional time scale? Physics Plasmas 2 (1995)3804-3819.

[3] T.H. Rider, A general critique of inertial-electrostatic confinement fusion systems, Physics Plasmas 2 (1995)1853-1909.

[4] R.P. Ashley, G.L. Kulcinski, J.F. Santarius, S. Krupakar Murali, G. Piefer, R. Radel, Steady-state $D-^{3}He$ proton production in an IEC fusion device, Fusion Technology 39(2001) 546-551.

 [5] R.L. Hirsch, Experimental studies of a deep, negative, electrostatic potential well in spherical geometry, Physics Fluids 11(1968) 2486-2490.

[6] G.H. Miley, H. Momota, Virtual cathode in a stationary spherical inertial electrostatic confinement, Fusion Science Technology 40 (2001) 56-65.

[7] Y. Gu, G.H. Miley, Experimental study of potential structure in a spherical IEC fusion device, IEEE Transactions on plasma science 28 (2000) 331-346.

[8] H. Matsuura, K. Funakoshi, Y. Nakao, Correlation between ion/electron distribution functions and neutron production rate in spherical inertial electrostatic confinement plasmas, Nuclear Fusion 43(2003) 989-998.

[9] K. Noborio, Y. Yamamoto, S. Konshi, One Dimensional simulation of an Inertial Electrostatic Confinement Fusion Device at Low Gas Pressure Operation, Fusion Science and Technology 47(2005) 1280-1284.

[10] S.K. Murali, B.B. Cipiti, J.F. Santarius, G.L. Kulcinski, Study of fusion regimes in an inertial electrostatic confinement device using the new eclipse disc diagnostic, Physics Plasmas 13(2006) 053111 1-7.

[11] Y. Gu, G.H. Miley, Experimental study of potential structure in a spherical IEC fusion device, IEEE Transactions on plasma science 28(1) (2000) 331-346.

 

[12] R.L. Hirsh, Inertial-electrostatic confinement of ionized fusion gases, Journal of Applied Physics 38(1967) 4522-4534.

[13] H. Matsuura, T. Takaki, Y. Nakao, K. Kudo, Radial profile of neutron production rate in spherical inertial electrostatic confinement plasmas. Fusion Technology 39(2001)1167-1173.

[14] J.H. Nadler, Space-charge dynamics and neutron generation in an inertial-electrostatic confinement device, Ph.D. dissertation, University of Illinois-Urbana-Champaign (1992).

[15] T.A. Thorson, R.D. Durst, R.J. Fonck, L.P. Wainwright, Convergence electrostatic potential and density measurement in a spherical convergent ion focus, Physics Plasmas 4 (1997) 4-5.

[16] K. Yoshikawa, K. Takiyama, T. Koyama and et al., Measurement of strongly localized potential well profiles in an inertial-electrostatic fusion neutron source, Nuclear Fusion 41 (2001) 136-141.

 

[17] Yu. K. Kurilenkov, V.P. Tarakanov, M. Skowronek S.Yu.Guskov, J. Dufty, Inertial electrostatic confinement and DD fusion at inter electrode media of nanosecond vaccum discharge. PIC simulations and experiment, Journal of Physics A 42(2009)4041.

[18] M.A. Ramzanpour, M.R. Pahlavani Evaluation of the neutron production rate using D–D and D–T fuel in an inertial electrostatic confinement fusion device, Chinese Journal of Physics 56(2018) 23-29.

 

[19] M. Ohnishi, K.H. Sato, Y. Yamamoto, K. Yoshikawa, Correlation between potential well structure and neutron production in inertial electrostatic confinement fusion, Nuclear Fusion 37(1997) 611-620.

[20] H. Matsuura, T. Takaki, K. Funakoshi, Y. Nakao, K. Kudo, Ion distribution function and radial profile of neutron production rate in spherical inertial electrostatic confinement plasmas, Nuclear Fusion 40(2000)1951-1955.

[21] B.H. Duane, Fusion Cross-Section Theory BNWL-1685, Battelle Pacific Northwest Laboratories (1972).