تحسين درجة حرارة الإلكترون في بلازما متجانسة تحت الكثيفة با ستخدام شعاع ليزر نبضي
محتوى المقالة الرئيسي
الملخص
ان تطبيقات البلازما الساخنة كثيرة ومتعددة ويتطلب في الكثير من التطبيقات الحصول على قيم عالية لدرجة حرارة الالكترونات داخل منطقة البلازما. تعتبر عمليات تحسين قيم درجات حرارة الالكترونات من العمليات المهمة لغرض استخدام هذا المواصفات في البلازما لغرض اعتمادها في عدة تطبيقات حديثة ومجالات واسعة منها عمليات الاندماج النووي وعمليات الطلاء وفي التطبيقات الصناعية كقطع المعادن والطلاء. من التقنيات المستخدمة في تسخين البلازما استخدام تقنية تسليط المجال المغناطيسي على البلازما باستخدام مغانط ذات فيض مغناطيسي عالي و استخدام تقنية حزمة الالكترونات في التسخين وكذلك استخدام شعاع الليزر والذي تم اعتماد هذه الطريقة في هذا البحث .في هذا العمل أجريت حسابات نظرية لتحسين درجة حرارة الإلكترون في البلازما المتجانسة تحت الكثيفة باستخدام تقنية الليزر حيث تمت دراسة تأثير قدرة ومدة زمن النبضة لشعاع ليزر Nd:YAG ذو الطول الموجي = 1.06 µm على تسخين البلازما بواسطةinverse bremsstrahlung لعدة قيم لنسبة كثافة الإلكترون. أوضحت نتائج هذه الحسابات أن تأثير زيادة قيم طاقة نبضة الليزر (25-250 كيلووات) أدى إلى انخفاض قيم معامل الامتصاص بنسبة 58.3٪ وزيادة درجة حرارة الإلكترون بنسبة 50.5٪ عند زمن النبضة 0.5 نانو ثانية. ونسبة كثافة الإلكترون 0.1. علاوة على ذلك، أدت نسبة زيادة كثافة الإلكترون ومدة النبض إلى زيادة القيم الأعلى لدرجة حرارة الإلكترون.وقد بينت نتائج الحسابات تأثير العوامل قدرة الليزر ونسبة كثافة الالكترونات ومدة النبضة في التأثير المباشر على تحسين درجة حرارة الالكترون من نتائج هذه الحسابات انها اعطت نتائج تبين فيها انه من الممكن السيطرة على درجة حرارة الالكترونات باحدى عوامل البلازما او شعاع الليزر المستخدم وانها تعطي اشارة واضحة الى الباحثين بهذا المجال لاختيار الطول الموجي لشعاع الليزر الامثل وكذلك اختيار نسب الكثافة االكترونية للبلازما في البحث. لان الاساس والذي تم توضيحه هو معامل الامتصاص وقد بيينت نتائج الحسابات اهمية هذا العامل في نجاح عملية تسخين البلازما . وايضا من النتائج المستحصلة هو اهمية مواصفات قيم قدرة الليزر ومدة نبضة الشعاع المستخدم حيث بينت النتائج ان بزيادة القدرة والكثافة الالكترونية ادت الى زيادة عمليات التسخين.
تفاصيل المقالة
هذا العمل مرخص بموجب Creative Commons Attribution 4.0 International License.
كيفية الاقتباس
المراجع
Chen J , Fu T, Guo H, Li H .Effects of electron temperature on the ion extraction characteristics in a decaying plasma confined between two parallel plates. Plasma Sci. Technol. 2019;21:045402 (8pp). https://doi.org/10.1088/2058-6272/aaf884
Spatschek K H. High Temperature Plasmas: Theory and Mathematical Tools for Laser and Fusion Plasmas. Germany :WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA; 2012.17p.
Wen Fu , Edison P L , Milad F , Donald QL , Michael G , Hye-Sook P ,et al. Increase ofthe density, temperature and velocity of plasma jets driven by a ring of high energy laser beams. High Energy Dens. Phys. 2013; 9: 336-340 http://dx.doi.org/10.1016/j.hedp.2013.03.004
KichiginG N. Plasma Heating in a Variable Magnetic Field. Plasma Phys. Rep. 2013; 39(5): 406–411. DOI: 10.1134/S1063780X13050073
Ratan N,Sircombe N J,Ceurvorst L, Sadler J,Kasim M F, Holloway J, et al. Dense plasma heating by crossing relativistic electron beams.Phys.Rev.E.2017;95: 013211. DOI: 10.1103/PhysRevE.95.013211
Abolfazl B,Samad S, Mohammad K,Robabeh T. The mean energy transfer and collisional absorption coefficient of high power laser in plasma. Optik.2020;212: 164666.https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2020.164666
Sabah N M, Nada A A, Hazim I A, Noha H H. The effect of gas flow on plasma parameters induced by microwave. Baghdad Sci. J. 2018; 15(2):205-210. DOI:http://dx.doi.org/10.21123/bsj.2018.15.2. 0205
Pfalzner S, Gibbon P. Direct calculation of inverse-bremsstrahlung absorption in strongly coupled, nonlinearly driven laser plasmas. Phys.Rev.E. 1998;57(4):4698-4705.doi:10.1103/physreve.57.4698
Sharifian M,Ghoveisi F,Firouzi F N. Inverse Bremsstrahlung absorption in under-dense plasma with Kappa distributed electrons. AIP Adv.2017;7: 055107. http://dx.doi.org/10.1063/1.4983475
Liangliang J, Baifei S, Xiaomei Z. Transparency of near-critical density plasmas under extreme laser intensities. New J. Phys.2018;20: 053043. https://doi.org/10.1088/1367-2630/aac24b
WanY,Andriyash A, Hua J F,Pai C H, Lu W, Mori W B, et al. Two-stage laser acceleration of high quality protons using a tailored density plasma. Phys. Rev. Accel.Beams.2019;22:021301. 10.1103/PhysRevAccelBeams.22.021301
Fan C H, Sun J,Longtin J P. Plasma Absorption of Femtosecond Laser Pulses in Dielectrics. J. HeatTrans.2002;124: 275-283. https://doi.org/10.1115/1.1445135
CairnsRA.Laser-plasma interactions.Edinburg:Sussp-publications;1980.22p.
Wiggins D L, Raynor C T, Johnson III J A. Evidence of inverse bremsstrahlung in laser enhanced laser-induced plasma.Phys.Plasmas.2010;17: 103303. doi:10.1063/1.3501995
Rozmus W, Tikhonchuk V T. A model of ultra short laser pulse absorption in solid targets. Phys.Plasmas.1996 ;3 (1): 360-367. doi:10.1063/1.871861
Ettehadi-Abari M, Sedaghat M, Shokri B, Ghorbanalilu M. Absorption of short laser pulses inunder dense plasma by considering ohmic heating and ponderomotive force effects. Plasma Phys.Control. Fusion.2015; 57: 085001 (10pp).doi:10.1088/0741-3335/57/8/085001
Unnikrishnan V K, Kamlesh A, Kartha V B, Santhosh C, Gupta G P , Suri BM . Measurements of plasma temperature and electron density in laser-induced copper plasma by time-resolved spectroscopy of neutral atom and ion emissions. Pramana - J. Phys.2010;74: 983-993.