Изследване на сондова методика за диагностика на плазма в магнитно поле за технологични приложения и термоядрен синтез
Отговорна организация:
Министерство на образованието и науката
Разпоредител с бюджетни средства:
ФОНД НАУЧНИ ИЗСЛЕДВАНИЯ
Наименование на бюджет:
Конкурс за финансиране на фундаментални научни изследвания – 2022 г.
Наименование на проекта
Изследване на сондова методика за диагностика на плазма в магнитно поле за технологични приложения и термоядрен синтез
Срок на изпълнение, месеци: 36
Наименование на проекта на английски език
Study of probe methods for plasma diagnostics in a magnetic field for technological applications and thermonuclear fusion
Кратко описание на проекта:
Сондите на Ленгмюр, позволяват локални измервания на плазмения потенциал, концентрацията на заредените частици, както и функцията на разпределение на електроните по енергия (ФРЕЕ). Основната насоченост на изследванията в настоящият проект са свързани с приложение на сондовата методика в плазма с магнитно поле, с цел използването и‘ при различни експериментални устройства – от магнетронни разряди за целите на високите технологии до устройства за целите на управляемия термоядрен синтез. В присъствието на магнитно поле, поради наличието на дифузия в сондовия слой, интерпретирането на експерименталните данни с цел прецизно определяне на плазмените параметри се усложнява. Основната характеристика, която се мери със сонди на Ленгмюр е ФРЕЕ. Познаването на реалната ФРЕЕ е от изключителна важност за разбиране на физичните процеси, протичащи в плазма с магнитно поле, като формирането на транспортни бариери, взаимодействия плазма - субстрат и т.н. Независимо от значителния брой публикации по темата, все още има нерешени проблеми в тази насока. Затова едно задълбочено и всестранно изследване на приложимостта на сондовата методика в присъствието на магнитно поле е заложено в основата на настоящия проект. По време на проекта, ще се проведат системни изследвания с планираните за изработка успоредни и перпендикулярни цилиндрични сонди, тройни сонди при различни стойности на магнитното поле. Идеята е да се покрие целият диапазон от ниски до относително високи магнитни полета, тъй като до сега това е правено чисто фрагментарно, само за конкретни стойности на магнитното поле. За първи път се очаква да бъде приложено успешно измерване на функцията на разпределение на йоните по енергии чрез анализатор на забавящо поле (АЗП) в присъствието на магнитно поле и същевременно ФРЕЕ чрез единична сонда. Планираните изследвания са тясно свързани и ще бъдат от полза за текущите изследвания и бъдещите участия на български изследователи в проектите ITER, WEST и ъпгрейда на токамак COMPASS.
Кратко описание на проекта на английски език:
Langmuir probes allow local measurements of plasma potential, charged particles density and electron energy distribution function (EEDF). The main focus of research in this project is related to the application of the probe methodology in plasma with a magnetic field, in order to use it in various experimental devices - from magnetron discharges for materials treatment advanced technologies to reactors for controlled thermonuclear fusion. In the presence of a magnetic field, due to the attendance of diffusion in the probe layer, the interpretation of the experimental data in order to precisely determine the plasma parameters is complicated. The main feature of Langmuir probes is the EEDF. The knowledge of the real EEDF is extremely important for understanding the physical processes occurring in plasma with a magnetic field, such as the formation of transport barriers, plasma-substrate interactions, etc. Despite the significant number of publications on the subject, there are still unresolved issues in this area. Therefore, an in-depth and comprehensive study of the applicability of the probe methods in the presence of a magnetic field is in the basis of this project. During the project systematic studies with different probe designs will be performed: parallel and perpendicular cylindrical probes, triple probes at different magnetic fields. The idea is to cover the whole range from low to relatively high magnetic fields because so far this has been done purely in fragments, only for specific values of the magnetic field. For the first time, a successful measurement of the energy distribution function of ions by retarding field analyser (RFA) in the presence of a magnetic field and at the same time the EEDF by a single probe is expected to be applied. The planned studies are closely related to and will be useful for the current research and future participation of Bulgarian researchers in the ITER and WEST projects and the upgrade of the COMPASS tokamak.
Цел на проекта:
Основната цел на проекта е насочена към провеждане на измервания в плазма с различни според вида на конструкцията им сонди: цилиндрични сонди с различни размери и ориентация спрямо магнитните силови линии на полето (успоредна и перпендикулярна), както и провеждане на измервания с цел прилагане на метода на тройната сонда.
Експериментите, ще бъдат проведени в лабораторията в Института по електроника (ИЕ) при БАН, която разполага с вакуумна инсталация и разрядни тръби с високо налягане за измерване на волт-амперни (В-А) характеристики. За целите на проекта, трябва да се изработи нова разрядна тръба с намотка на Хелмхолц за създаване на плазма в присъствие на магнитно поле. Съответно, ще е необходима и съвременна апаратура за сондови измервания в тези условия. От измерените волт-амперни характеристики, ще могат да се определят параметрите на плазмата посредством използването на различни методи.
Интерес представлява изследването на приложимостта на методите на първата и втората производна при различни стойности на магнитното поле и по-специално при прехода от по-ниски към по-високи магнитни полета. С помощта на тези методи от измерените сондови характеристики ще бъдат определени параметрите на плазмата - функциите на разпределение на електроните и йоните по енергии, електронната концентрация и температура, плазмения потенциал. Освен това за функцията на разпределение на йоните по енергии ще бъде използван анализатор на забавящо поле (АЗП). Този сравнително нов метод е единствения познат начин използван в пристенната плазма на токамак за измерване на йонната температура. Не са известни данни в литературата, където да са измервани едновременно електронната и йонната функция на разпределение по енергии. По тази причина ще бъде създадена сондова глава, на коята ще се инсталират АЗП и Ленгмюрови сонди, за да се използва в плазма с магнитно поле.
Получените резултати от проведените експерименти за параметрите на плазмата, ще дадат яснота относно приложимостта на сондовата диагностика в плазма с магнитно поле.
Общ бюджет на проекта (първи и втори етап) 199 476.00 лв.
Екип:
Ръководител на научния колектив:
Доц. д-р Павлина Иванова Владимирова
Участници:
1) Доц. д-р Миглена Димитрова
2) Доц. д-р Свилен Събчевски
3) Гл. ас. д-р Ембие Хасан-Тонева
4) Инж. д-р Младен Митов
5) Инж. д-р Ана Банкова
6) Ас. инж. Елмира Василева
7) Инж. Кирил Райков
8) Проф. Джеймс Пол Гън