Yeni bir plazma cihazı tasarımı ve imalatı

---

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2024

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: Bekir DURSUN

Danışman: Erol Kurt

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Bu tezde, yeni bir plazma cihazı tasarımı ve imalatı gerçekleştirilmiş olup bu yenilikçi cihaza “DA beslemeli torus plazma cihazı (DABTPC)” ismi verilmiştir. CST Studio ile yapılan tasarım ile sonlu elemanlar analizi ve parçacık yörüngeleri yaklaşımı kullanılarak farklı DA potansiyel değerleri altında, toroidal ve poloidal akımların farklı değerleri için elektronların dinamiği incelenmiştir ve plazma akımları araştırılmıştır. Benzetimler sonucunda toroidal ve poloidal akımlara bağlı olarak manyetik adaların oluşabileceği, yer yer türbülanslı plazma yapılarının elde edilebileceği görülmüştür. Özellikle poloidal akımın görece düşük olduğu değerlerde parçacık yörüngelerinin torus tipi hacme çok iyi şekilde hapsedildiği ancak poloidal akımın yüksek olduğu değerlerde ise parçacıkların DABTPC duvarı ile etkileşime girdiği saptanmıştır. Benzetim çalışmalarında, DA geriliminin -2 kV değerlerinde döteryum ortamında gerçekleştirilen çalışmalarda, yüksek basınçlarda, maksimum toroidal ve poloidal manyetik alanların sırasıyla 1,0x10-5 T ve 8,4x10-1 T olduğu görülmüş, maksimum plazma akım yoğunluğunun ise 2,91x10-3 A/m2 olduğu bulunmuştur. Döteryum ile gerçekleştilen deneylerde Tungsten elektrotların çok verimli çalıştığı gözlenmiştir. 10-3 mbar dan 1atm basınca kadar farklı basınç kademelerinde cihazın plazma karakteristikleri teşhis edilmiştir. Sıklıkla toroidal ve poloidal manyetik alanlara bağlı olarak manyetik adaların hem ilerleyen hem de durağan dalgalar formunda oluştuğu gözlenmiştir. Döteryum ile yapılan deneylerde 2,7 mA plazma akımları 1,12x10-1 mbar basınçlarda gözlemlenmiştir. Ayrıntılı araştırmalar ile gaz ortamı için torus geometrisindeki cihaz için Paschen eğrisi elde edilmiş olup kırılma gerilimleri 4,2 kV olarak Döteryum için bulunmuştur. İlaveten, Rogowski bobini çalışmalarıyla Döteryum dolu deneylerde 2,5 MHz’lik radyo frekans (RF) sinyallerin plazma tarafından oluşturulduğu gözlenmiştir. Aynı zamanda görünür bölge, infrared ve mor ötesi bölgelerde elektromanyetik ışımalar saptanmıştır. Langmuir sondası deneylerinde döteryum için plazma sıcaklıkları 2981 eV iken elektron yoğunlukları ise 2,8x1010 m-3 olarak bulunmuştur. Neticede tasarlanıp imal edilen DABTPC’nın, nükleer füzyon çalışmalarında, soğuk ve sıcak plazma çalışmalarında ve elektromanyetik spektrumun geniş bir bölgesinde kullanılabileceği söylenilebilir. Bu sebepten savunma sanayinde, tıpta, tarımsal ışınlama faaliyetlerinde ve malzeme bilimi uygulamalarında kullanılabileceği düşünülmektedir.

Anahtar Kelimeler : DA beslemeli torus plazma cihazı, plazma, DA boşalma, Paschen eğrisi, Kırılma gerilimi, Döteryum