UNIVESITATEA „AL. I. CUZA” IAŞI FACULTATEA DE FIZICĂ

Rezumatul tezei de doctorat

Diagnoza plasmelor magnetizate

de interes termonuclear prin

metode electrice

Coordonator ştiinţific: Prof. Univ. Dr. Gheorghe POPA

Doctorand: Marius Lucian SOLOMON

- Iaşi 2012 -

Universitatea “Alexandru Ioan Cuza” Iaşi Facultatea de Fizică

În atenţia …………………………………………………….……

Vă facem cunoscut că în data de 27 ianuarie 2012, ora 12.00, în sala IV.13 domnul Marius Lucian SOLOMON va susţine, în şedinţă publică, teza de doctorat:

„Diagnoza plasmelor magnetizate de interes termonuclear

prin metode electrice”

în vederea obţinerii titlului ştiinţific de doctor în domeniul fundamental Ştiinţe exacte, domeniul Fizică. Comisia de examinare a tezei: Prof. Dr. Dumitru LUCA Preşedinte,

Decanul Facultăţii de Fizică, Universitatea „Alexandru Ioan Cuza”, Iaşi.

Prof. Dr. Gheorghe POPA Conducător ştiinţific,

Facultatea de Fizică, Universitatea „Alexandru Ioan Cuza”, Iaşi.

C.P. I Dr. Cristian LUNGU Referent,

Institutul Naţional de Fizica Laserilor,Plasmei şi Radiaţei Măgurele, Bucureşti.

C.P. I Dr. Viorel BRAIC Referent,

Institutul Naţional de Optoelectronică, Măgurele, Bucureşti.

Conf. Dr. Dumitru ALEXANDROAEI Referent, Facultatea de Fizică,

Universitatea „Alexandru Ioan Cuza”, Iaşi Vă invităm pe această cale să participaţi la şedinţa publică de susţinere a tezei.

ii

CUPRINS

Introducere - 1 Capitolul I Fuziunea termonucleară. - 3 I.1 Fuziunea termonucleara. Noţiuni generale - 3

I.2 Metode si tehnici de diagnoză a plasmelor magnetizate de interes termonuclear - 8 I.3 Stadiul actual al studiului în domeniul diagnozei plasmelor magnetizate de interes termonuclear prin metode electrice- 11

Capitolul II Diagnoza cu sonde electrice a plasmelor magnetizate - 12

II.1 Caracteristica reală a unei sonde plane în plasma magnetizată -12 II.2 Cazul plasmei infinit magnetizate - 14 II.3 Cazul plasmei mediu magnetizate - 18 II.4 Rezumat - diagnoza cu sonde electrice a plasmelor magnetizate - 22

Capitolul III Dispozitive experimentale - 26 Introducere - 26

III.1 Instalaţii pentru producerea plasmelor neizoterme magnetizate - 27 III.1.1 Instalaţia pentru producerea unei coloane cilindrice de plasmă neizoterme magnetizată - 27 III.1.2 Instalaţia pentru producerea plasmelor magnetizate prin descărcarea electrică de tip magnetron - 31 III.2 Instalaţia experimentală Pilot-PSI - 34 III.2.1 Configuraţia câmpului magnetic în instalaţia experimentală Pilot-PSI - 36 III.2.2 Sursa de plasmă cu arc electric în cascadă - 38 III.3 Sisteme de diagnoză electrică a plasmei magnetizate- 40 III.3.1. Sonda cilindrică - 40 III.3.2. Sonda emisivă - 41 III.3.3. Sonda Katsumata - 43 III.3.4. Analizorul multi-canal - 44 Capitolul IV Rezultate experimentale referitoare la diagnoza plasmelor magnetizate cu sonde electrice -47

IV.1. Diagnoza plasmei neizoterme magnetizate - 47 IV.1.1. Caracteristici de sondă în plasmele magnetizate.

iii

Caracteristici cu pantă negativă - model fenomenologic - 47 IV.1.2. Metodă şi procedeu pentru determinarea potenţialului plasmei prin măsurarea radiaţiei luminoase emise de volumul de plasmă din vecinătatea unei sonde electrice - 58

IV.2 Sonda autoemisivă în plasma descărcării magnetron - 60 IV.3 Măsurători experimentale realizate pe instalaţia Pilot-PSI cu sonda cilindrică - 61 IV.3.1 Potenţialul flotant, potenţialul plasmei şi intensitatea curentului ionic de saturaţie în plasma instalaţiei experimentale Pilot-PSI - 62 IV.3.2 Driftul electric şi driftul diamagnetic al particulelor plasmei - 70 IV.4 Măsurători experimentale realizate pe instalaţia Pilot-PSI cu sonda emisivă - 74 IV.5 Măsurători experimentale realizate pe instalaţia Pilot-PSI cu sonda Katsumata - 79 Capitolul V Diagnoza plasmei instalaţiei Pilot-PSI folosind analizorul multi-canal. Rezultate experimentale - 85

V.1 Măsurători de potenţial flotant la suprafaţa ţintei instalaţiei Pilot-PSI - 85 V.2 Măsurători de intensitate a curenţilor la suprafaţa ţintei instalaţiei Pilot-PSI - 92 V.2.1 Analiza corelaţiei de fază (cross correlation) a semnalelor

de intensitate a curenţilor - 96 Concluzii - 100 Bibliografie - 104

iv

Capitolul I Fuziunea termonucleară I.1. Fuziunea termonucleară. Noţiuni generale.

Fuziunea nucleară este procesul în care două sau mai

multe nuclee atomice se unesc pentru a forma un singur nucleu mai greu. Acest fenomen este de obicei însoţit de eliberarea unei cantităţi mari de energie pe unitatea de masă care fuzionează. Pentru ca fuziunea sa aibă loc, este necesar ca cele doua nuclee uşoare să se apropie la distanta la care acţionează forţele nucleare specifice de atracţie. Prima generaţie de instalaţii tokamak industriale va folosi reacţia de fuziune a deuteriului si tritiului (vezi Fig. 1.1) din care rezulta heliu si neutroni rapizi conform reacţiei:

2 3 4 1D T He 3,5 MeV n 14,1MeV⎛ ⎞ ⎛⎜ ⎟ ⎜⎝ ⎠ ⎝

+ → + ⎞⎟⎠

Fig. 1.1 Reacţia de fuziune nucleară dintre deuteriu şi tritiu [http://www.iter.org/]

Deuteriul se poate obţine uşor din apa oceanelor, deoarece în mod natural una din 6500 de molecule de H2O (0,015%) conţine în locul unui atom de 1H un atom de

- 1 -

deuteriu. Tritiul poate fi obţinut uşor prin reacţia izotopului 6 al litiului cu neutroni conform reacţiei:

1 6 4 3n Li He 2,1 MeV H 2,7 MeV⎛ ⎞ ⎛⎜ ⎟ ⎜⎝ ⎠ ⎝

+ → + ⎞⎟⎠

Instalaţia tokamak este un sistem complex care foloseşte câmpul magnetic pentru a confina o coloana de plasmă densă într-o incintă în formă de tor. Pentru a obţine un echilibru stabil al plasmei este necesar ca liniile câmpului magnetic să aibă o structură elicoidală în jurul axei mici a torului de plasmă, creând astfel suprafeţe magnetice. Dintre principalele instalaţii tokamak aflate în funcţiune în prezent pe întreg mapamondul, putem enumera: JET (Anglia), Tore Supra (Franţa), ASDEX Upgrade (Germania), TEXTOR (Germania), COMPASS (Cehia), FTU (Italia), TFTR (USA), DIII-D (USA), Alcator C-Mod (SUA), JT-60 (Japonia), HT-7U (China). În 2005 a fost semnat un acord internaţional pentru construcţia unui tokamak din generaţia următoare numit ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) [Wesson 2004]. Reactorul de fuziune ITER va explora posibilitatea ştiinţifica şi tehnologică de obţinere a energiei prin reacţii de fuziune nucleară.

Una dintre regiunile de interes major din instalaţiile tokamak este regiunea divertorului. Pentru a studia comportamentul diferitelor materiale în condiţii experimentale similare celor din regiunea divertorului au fost realizate instalaţii experimentale dedicate, în diferite centre de cercetare. Două astfel de instalaţii numite Pilot-PSI şi Magnum-PSI sunt funcţionale la Institutul de Fizica plasmei FOM Rijnhuizen, din Olanda. Instalaţia Pilot-PSI va fi prezentată detaliat în capitolul III.

- 2 -

Capitolul II Diagnoza cu sonde electrice a plasmelor magnetizate II.1 Caracteristica reală a unei sonde plane în plasma magnetizată

În multe instalaţii experimentale de plasmă dar în special în instalaţiile de fuziune, plasma este confinată folosind un câmp magnetic mai mult sau mai puţin intens. În general din cauza densităţilor mari de putere sondele electrice nu pot fi utilizate în regiunile dense ale plasmelor fierbinţi de fuziune. Totuşi în regiunile de margine ale instalaţiilor tokamak, din apropierea divertorului şi a limitatorilor, pot fi şi sunt utilizate tipuri speciale de sonde.

În cazul plasmelor magnetizate trebuie sa ţinem cont de un parametru important. Acest parametru este raza de giraţie a ionilor şi/sau a electronilor în jurul liniilor de câmp magnetic, . Introducând vitezele termice în expresia vitezelor perpendiculare ale purtătorilor de sarcină

(.,

/e,ir e ie im v eB⊥= )

, ,2 /e i B e i e iv k T⊥ = ,m , obţinem ( ), ,2 /e,ir B e i e ik m T eB= . Pentru electroni si ioni obţinem următoarele relaţii:

[ ] 33,37 10 ee Tr mm B−≅ ⋅ respectiv [ ] 0,144 ei Tr mm B

μ≅ (2.1)

unde Te,i trebuie sa fie exprimată în eV, B în Tesla, iar /i pm m rμ =

(mi fiind masa ionului iar mpr masa protonului).

- 3 -

Acest parametru joacă un rol important în extinderea stratului de sarcină spaţială şi evaluarea diferitelor secţiuni eficace de ciocnire.

În funcţie de valoarea inducţiei câmpului magnetic există trei domenii diferite:

1) Plasma este atât de slab magnetizată astfel încât , raza de giraţie a electronilor este mult mai mare decât raza sondei electrostatice. În acest caz magnetizarea plasmei care poate fi esenţială pentru comportarea plasmei (o dată ce volumul de plasmă poate fi atât de mare astfel încât raza de giraţie a ionilor este mică comparativ cu el), nu joacă un rol important pentru sondă şi stratul de sarcină spaţială, şi prin urmare putem folosi formulele utilizate pentru plasma nemagnetizată.

e pr r

2) Câmpul magnetic este atât de intens (în principiu infinit de intens) astfel încât chiar si raza de graţie a ionilor este foarte mică comparativ cu raza sondei . În acest caz, pentru sonde şi în general, plasma este practic uni-dimensională, iar formulele de calcul, după cum vom vedea, sunt puţin diferite faţă de cele folosite pentru plasma nemagnetizată.

ir rp

p3) Câmpul magnetic este atât de puternic încât , astfel încât „curgerea ” electronilor este esenţial uni-dimensională, dar raza de giraţie a ionilor este atât de

er r

- 4 -

mare încât sau chiar ir r> p pir r≅ . Acesta este cel mai complicat caz şi cel mai frecvent întâlnit caz în instalaţiile experimentale de fuziune termonucleara.

Capitolul III Dispozitive experimentale III.1.1 Instalaţia pentru producerea unei coloane cilindrice de plasmă neizoterme magnetizată

Schema instalaţiei experimentale este prezentată în Fig. 3.1. În această figură sunt reprezentate principalele componente constructive şi modul lor de dispunere. Coloana de plasmă magnetizată este produsă într-un tub cilindric de sticlă pirex cu diametrul interior de 44 mm si lungime de 420 mm printr-o descărcare neautonomă. La capătul din stânga al tubului de sticlă se află sursa de plasmă care joacă rolul catodului pentru descărcarea neautonomă. Aceasta constă dintr-o descărcare în curent continuu cu catod încălzit produsă într-o incintă din oţel inox. Incinta este răcită cu apă iar pe suprafaţa sa exterioară este montat un sistem de magneţi permanenţi care formează un sistem de capcane magnetice multipolare [Gheorghiu 1991]. Rolul capcanei magnetice este de a micşora pierderile de particule prin difuzie şi recombinare la suprafaţa incintei. La celălalt capăt al tubului de sticlă se află sistemul de pompare şi un sistem de introducere a sondei electrice în coloana cilindrică de plasmă. Confinarea

- 5 -

plasmei este realizată cu ajutorul unui sistem de patru bobine.

Fig. 3.1 Schema instalaţiei experimentale folosite pentru producerea unei coloane cilindrice de plasmă magnetizată

Pentru a aprinde descărcarea neautonomă în interiorul tubului de sticlă se foloseşte un electrod metalic suplimentar montat în interiorul tubului din sticlă în zona ultimei bobine magnetice (bobina din apropierea sursei de plasmă este considerată ca fiind prima bobină). Electrodul suplimentar joacă rolul anodului descărcării neautonome. El are formă cilindrică şi este conectat la masa instalaţiei (reţeaua de împământare). Gazul de lucru folosit a fost argonul şi respectiv hidrogenul. Pentru aprinderea descărcării în sursa de plasmă se foloseşte sursa de tensiune E1 iar pentru aprinderea descărcării neautonome în interiorul tubului cilindric de sticlă se foloseşte sursa de tensiune E2. Această sursă E2 este folosită în regim de curent constant. Pentru măsurarea intensităţii curentului de descărcare şi a căderii de tensiune pe descărcare se foloseşte un ampermetru şi respectiv un voltmetru.

- 6 -

Pentru majoritatea măsurătorilor de diagnoză a plasmei realizate cu sonde cilindrice pe această instalaţie s-a preferat utilizarea numai a celor două bobine din mijloc pentru a produce câmpul magnetic. S-a optat pentru această configuraţie experimentală deoarece ea a permis obţinerea unei coloane cilindrice de plasmă foarte stabile şi totodată valoarea maximă a inducţiei câmpului magnetic axial a ajuns la 0,0128 T. Sursa de tensiune care alimentează bobinele are următorii parametrii maximi Imaxim = 20 A, Umaxim = 30 V. Profilul axial al inducţiei câmpului magnetic produs de cele două bobine din mijloc ale instalaţiei, pentru intensităţi ale curentului electric ce străbat bobinele de I = 5, 10, 15 şi 18 A, este reprezentat grafic în Fig. 3.2. Au fost utilizate atât sonde cilindrice de lungime fixă cât şi sonde cilindrice de lungime variabilă în domeniul 0 ÷ 5 mm. Sondele au fost introduse în instalaţia de plasmă folosind un sistem de ghidare şi centrare în interiorul tubului de sticlă.

Fig. 3.2 Profilul axial al inducţiei câmpului magnetic produs de

cele două bobine din mijloc ale instalaţiei experimentale

- 7 -

Sondele utilizate au fost poziţionate între cele două bobine din mijloc, centrate pe axul tubului de descărcare, adică în poziţia axială x = 22 cm (capătul suportului ceramic al sondei).

III.2 Instalaţia experimentală Pilot-PSI

Instalaţia Pilot-PSI [Shumack 2008] este funcţională la Institutul de Fizica Plasmei FOM Rijnhuizen din Olanda. Schema generală a instalaţiei Pilot-PSI este prezentată în Fig. 3.3. Incinta pentru vid este realizată din inox având formă cilindrică cu lungimea de 1 m şi diametrul de 40 cm. Sursa de plasmă este o descărcare de tip arc electric în cascadă [Sanden 1992] montată în centrul flanşei frontale a camerei de vid. Pentru a crea un câmp magnetic uniform în interiorul incintei de vid, de-a lungul acesteia sunt montate cinci bobine, dispuse echidistant. Diferenţa mare de presiune (~104 Pa) dintre intrarea de gaz şi ieşirea sursei de plasmă, forţează plasma produsă să expandeze supersonic prin duză în camera de vid. Incinta este vidată până la o presiune de 10-4 mbar folosind un sistem de pompare în trei trepte. Presiunea din treapta preliminară de pompare este realizată de o pompă Balzers DUO100 ce asigură o viteză de pompare de 1 m3/oră. În serie cu aceasta este montată o pompă mecanică auxiliară EH-500A care reprezintă treapta a doua de pompare. O pompă mecanică EH-4200 cu viteză

- 8 -

de pompare de până la 4200 m3/oră depresurizează incinta printr-o conductă de 40 cm diametru.

Fig. 3.3 Schema generală a instalaţiei Pilot-PSI

Presiunea în instalaţie poate fi variată între 2x10-2 şi 2 mbar prin modificarea vitezei de rotaţie a pompei EH-4200. Presiunea depinde de asemenea şi de debitul de gaz introdus prin sursa de plasmă. Presiunea este măsurată folosind un sistem de trei joje pentru vid. La capătul incintei de vid, faţă în faţă cu sursa de plasmă, se montează o placă de capăt (numită şi ţintă) cu diametrul de ordinul centimetrilor, produsă din diferite materiale precum wolfram, carbon sau cupru.

- 9 -

Capitolul IV Rezultate experimentale referitoare la diagnoza plasmelor magnetizate cu sonde electrice IV.1.1. Caracteristici de sondă în plasmele magnetizate. Caracteristici cu pantă negativă - model fenomenologic

Sondele plane folosite au fost orientate cu suprafaţa activă perpendiculară pe direcţia liniilor de câmp magnetic, iar sondele cilindrice au fost orientate cu axa de simetrie în direcţia acestora. Folosind instalaţia din Fig.3.1. au fost trasate caracteristici de sondă folosind următorii parametrii de control: lungimea sondei (între zero – echivalentul sondei plane, până la o lungime de 7 mm), diametrul sondei din wolfram (0,2, 0,5 şi respectiv 1,6 mm), inducţia câmpului magnetic (până la valoarea maximă de 0,128 T), presiunea gazului de lucru (între 10-3 şi 10-4 mbar). Intensitatea curentului de descărcare a fost menţinută constantă la o valoarea de 1A. Principalele rezultate experimentale obţinute în diagnoza plasmei magnetizate şi neizoterme sunt prezentate şi analizate în cele ce urmează. Odată cu creşterea inducţiei câmpului magnetic şi a lungimii sondei cilindrice curentul electronic de saturaţie poate descreşte cu creşterea polarizării pozitive a sondei. Acest lucru corespunde unei pante negative a caracteristicii volt-amperice.

- 10 -

-60 -40 -20 0 20

0

5

10

15

20

25

30

I (m

A)

U (V)

B = 915 Gauss l = 0 mm l = 0.25 mm l = 0.50 mm l = 0.75 mm l = 1 mm l = 2 mm l = 3 mm l = 4 mm l = 5 mm

Fig.4.1 Caracteristici de sondă cu pantă negativă obţinute într-o coloană de plasmă magnetizată (B = 0,0915T) în argon la

presiunea de 1,33x10-3 mbar

Un exemplu tipic este prezentat în Fig.4.1 pentru caracteristici de sondă obţinute într-o plasmă de argon la o presiune de 1,33x10-3 mbar. Astfel de caracteristici au fost raportate pentru prima dată de Dote [Dote 1964] dar explicarea acestui fapt experimental a rămas un deziderat. Caracteristicile prezentate în Fig. 4.1 au câteva trăsături evidente: i) prezenţa pantei negative în zona în care ar trebui să se

măsoare curentul electronic de saturaţie, ii) schimbarea de pantă în zona curentului electronic de

sondă, când potenţialul sondei este negativ faţă de potenţialul plasmei şi care devine bine marcată pentru anumite lungimi de sondă,

iii) creşterea semnificativă a amplitudinii fluctuaţiilor curentului electronic de sondă odată cu apariţia şi amplificarea caracteristicii de pantă negativă.

Pentru explicarea acestor elemente experimentale, este propusă o abordare nouă care ţine seama de cinetica - 11 -

electronilor în vecinătatea sondei. În esenţă, explicaţia porneşte de la constatarea că, pentru potenţiale pozitive ale sondei, în raport cu plasma, în jurul sondei se va forma, după direcţie radială, o sarcină spaţială electronică în care se manifestă acţiunea câmpului electric generat de căderea de potenţial dintre sonda pozitivă şi plasma neperturbată. Direcţia câmpului electric este dinspre sondă spre plasmă şi este perpendiculară pe direcţia liniilor de câmp magnetic. Acţiunea celor două câmpuri de intensitate E şi respectiv inducţie vor determina o mişcare de drift electric cu viteza:

B

2ExBvB

= (4.1) atât pentru ioni cât şi pentru electroni (vezi Fig. 4.2), asemănătoare proceselor ce au loc în faţa unei ţinte dintr-o descărcare magnetron. Până în prezent acest proces nu a fost luat în considerare şi el poate oferi explicaţia pentru producerea pantei negative în zona curentului electronic de saturaţie al sondei. Această mişcare de drift este execută de către electroni şi poate fi cauza modificării transportului acestora spre sonda. Această modificare poate fi atât în sensul creşterii transportului, în cazul când intensitatea câmpului electric şi implicit viteza de drift a electronilor sunt mici, cât şi în micşorarea acestuia în cazul când intensitatea câmpului electric devine semnificativă aşa încât mişcarea de drift electric a electronilor va limita deplasarea spre sondă a unei fracţii importante a acestora. Mai mult, distribuţia intensităţii câmpului electric în sarcina spaţială electronică este neuniformă acesta fiind mai intens în vecinătatea sondei şi descrescător spre plasmă. Ca urmare şi mişcarea de drift a electronilor, în direcţie azimutală, va fi cu viteze diferite la distanţe diferite de suprafaţa sondei, aşa - 12 -

încât o fracţie a acestora are probabilitatea să nu mai ajungă pe porţiunea colectoare a sondei, fapt ce poate determina diminuarea intensităţii curentului electronic.

Fig. 4.2 Reprezentarea schematică a sondei cilindrice din

wolfram, a tubului ceramic de izolare şi a sarcinii spaţiale care le înconjoară. Spirala dublă reprezintă traiectoria posibilă a unui

electron în pătura de sarcină spaţială datorită mişcării de drift electric

Scăderea intensităţii curentului de sondă în regiunea ce ar corespunde curentului electronic de saturaţie este cauzată de creşterea impedanţei sarcinii spaţiale odată cu antrenarea unei fracţii importante a electronilor în mişcarea de drift electric. Această mişcare influenţează fluxul de particule spre sondă imediat ce potenţialul sondei depăşeşte o anumită valoare pozitivă faţă de plasmă aşa încât, o fracţie importantă a electronilor, care intră din plasmă în sarcina spaţială şi sunt acceleraţi spre sondă, vor fi antrenaţi în mişcarea de drift electric azimutal şi împiedicaţi să ajungă pe suprafaţa sondei ceea ce va conduce la o descreştere a intensităţii curentului electronic de sondă. Acest lucru rezultă clar, în primul rând, din modul în care variază intensitatea curentului electronic funcţie de lungimea sondei. La lungimi mici ale sondei, în care efectul de capăt,

- 13 -

discutat anterior, legat de trecerea de la sonda plană la sonda cilindrică, domină, nu sunt condiţii pentru ”reţinerea” electronilor, prin mişcarea de drift electric, în sarcina spaţială. Pentru lungimi mari ale sondei, peste o anumită valoare critică, numărul electronilor antrenaţi în mişcarea de drift este suficient de mare pentru a fi observat în descreşterea intensităţii curentului electronic de sondă. Un rezultat clar în susţinerea mecanismului propus este dependenţa caracteristicilor de sondă de unghiul pe care îl face axa sondei cilindrice cu direcţia câmpului magnetic. În Fig. 4.3 sunt reprezentate caracteristicile de sondă obţinute

-80 -60 -40 -20 0 20

0

5

10

15

20

probe length: 5 mm 305 Gauss 610 Gauss 915 Gauss 1280 Gauss

I (m

A)

U (V)

Fig. 4.3 Caracteristici de sondă cilindrică obţinute în plasma magnetizată de argon când axa sondei este orientată perpendicular

pe direcţia liniilor de câmp magnetic. cu o sondă din wolfram cu diametrul de 0,5 mm şi o lungime de 5 mm, în plasma magnetizată la presiunea argonului de 1,33x10-3 mbar şi aceiaşi intensitate a curentului de descărcare, pentru cazul când sonda cilindrică

- 14 -

este orientată cu axa ei perpendiculară pe direcţie câmpului magnetic. Cea mai importantă constatare a acestui experiment este aceea că pentru această orientare a sondei nu se înregistrează pante negative pe caracteristici. IV.1.2 Metodă şi procedeu pentru determinarea potenţialului plasmei prin măsurarea radiaţiei luminoase emise de volumul de plasmă din vecinătatea unei sonde electrice

Luând în considerare faptul că frecvenţa de ciocnire a electronilor cu gazul neutru este mult mai mică faţă de frecvenţa de giraţie Larmor a acestora şi că energia cinetică, câştigată în această mişcare, este mică, nu este de aşteptat o schimbare a ratei de ionizare sau excitare a atomilor prin ciocniri electronice.

Fig. 4.4 Schema instalaţiei experimentale folosite pentru producerea unei coloane cilindrice de plasmă magnetizată

- 15 -

Pentru a verifica acest lucru s-a realizat montajul experimental prezentat în Fig. 4.4 prin care a fost urmărită intensitatea luminoasă totală emisă de volumul de plasmă din jurul sondei. Acest lucru a fost posibil prin utilizarea unei fibre optice (22 în Fig. 4.4) şi a unei celule fotoelectrice (23 în Fig. 4.4) a cărei semnal a fost urmărit pe acelaşi osciloscop 21. În Fig. 4.5 este prezentată o caracteristică tipică a semnalului proporţional cu intensitatea radiaţiei emise de volumul de plasmă din jurul sondei (curba roşie) suprapusă peste caracteristica de sondă corespunzătoare, pentru două valori ale inducţiei magnetice

(a) (b)

Fig. 4.5 Caracteristicile de sondă şi semnalul proporţional cu variaţia intensităţii radiaţiei luminoase emise de volumul de

plasmă în care se află sonda pentru a) cazul când panta negativă nu se formează şi b) când aceasta se formează pe

caracteristica de sondă.

-80 -60 -40 -20 0 20-5

0

5

10

15

20

25

I (m

A)

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

U (V)

Ilight=119 (a.u.)p=1mTorr, B=610Gauss

-80 -60 -40 -20 0 20-5

0

5

10

15

20

25

I (m

A)

U (V)

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6 Ilight=113 (a.u.)p=1mTorr, B=305Gauss

ΔI lig

ht (a

.u.)

ΔI lig

ht (a

.u.)

- 16 -

ce corespund cazurilor când această caracteristică nu prezintă pantă negativă (Fig. 4.5a) şi respectiv când panta negativă este prezentă (Fig. 4.5b). Radiaţia emisă de volumul de plasmă a fost urmărită concomitent cu trasarea caracteristicii de sondă. Pentru mărirea sensibilităţii metodei, pe osciloscop a fost reprezentată diferenţa dintre semnalul optic emis pe durata trasării caracteristicii curent-tensiune şi un semnal de referinţă ales corespunzător celui emis de acelaşi volum de plasmă pentru sonda aflată la potenţial flotant, adică atunci când intensitatea curentului cules de sondă este nulă. Totodată, trebuie precizat faptul că, variaţiile intensităţii radiaţiei luminoase emise de plasmă şi înregistrată de sistem este de cel mult 1% din intensitatea totală emisă de acelaşi volum de plasmă. Acest lucru arată că metoda se dovedeşte a fi foarte sensibilă. Principalul rezultat al acestui experiment este acela că, prin această metodă se poate determina cu mare precizie potenţialul local al plasmei. Mai precis, potenţialul plasmei corespunde maximului radiaţiei emise de volumul de plasmă deoarece în această situaţie sonda produce perturbaţia minimă şi electronii, în mişcarea lor de antrenare în câmpul electric dintre sursa de plasmă şi anod, vor trece prin volumul de plasmă în care este sonda, fără a fi perturbaţi de prezenţa ei. Pentru orice alt potenţial al sondei, diferit de potenţialul plasmei, fluxul de electroni

- 17 -

este perturbat şi radiaţia emisă de plasma volumului studiat se micşorează.

IV.3 Măsurători experimentale realizate pe instalaţia Pilot-PSI cu sonda cilindrică

IV.3.1 Potenţialul flotant, potenţialul plasmei şi intensitatea curentului ionic de saturaţie în plasma instalaţiei experimentale Pilot-PSI

Prin măsurători de sondă Langmuir au fost determinaţi următorii parametri ai plasmei: potenţialul flotat, potenţialul plasmei, intensitatea curentului ionic şi electronic de saturaţie al sondei. Schema circuitului electric utilizat pentru trasarea caracteristicilor de sondă este prezentată în Fig. 4.6.

Fig. 4.6 Schema circuitului electric utilizat pentru trasarea caracteristicilor de sondă

- 18 -

Sonda cilindrică a fost întotdeauna orientată paralel cu axul descărcării, respectiv direcţia liniilor de câmp magnetic. Pentru a determina intensitatea curentului prin circuitul de sondă a fost folosit un osciloscop care a înregistrat digital evoluţia în timp a potenţialelor măsurate la cele două capete ale rezistenţei de măsură utilizate. Reprezentând grafic intensitatea curentului de sondă în funcţie de potenţialul aplicat pe sondă (în punctul B) au fost obţinute caracteristicile volt-amperice de sondă Langmuir. În Fig. 4.7.a sunt prezentate caracteristicile de sondă cilindrică obţinute în plasma de argon iar în Fig. 4.7.b caracteristicile obţinute în plasma de hidrogen. O primă observaţie generală se referă la forma caracteristicilor de sondă. În ciuda creşterii cu un factor de 3 sau 4 a inducţiei câmpului magnetic, caracteristicile de sondă tind să menţină panta negativă în zona curentului electronic de saturaţie obţinute în plasma de argon dar nu şi în cazul plasmei de hidrogen. Mai mult, odată cu creşterea inducţiei câmpului magnetic raportul dintre intensităţile curenţilor electronici de saturaţie şi a celor ionici continuă să scadă. Folosind tehnica de împrăştiere Thomson, pentru diagnoza plasmei, au fost obţinute densităţi ale plasmei de hidrogen, de ordinul n = 1020 m-3 [Meiden 2008], pentru condiţiile experimentale în care au fost efectuate măsurătorile de sondă. În centrul fascicolului de plasmă intensitatea curentului electronic de saturaţie are valoarea ISE = 1 A iar cel ionic ISI = 360 mA, pentru plasma de argon. În cazul plasmei de hidrogen intensităţile curenţilor de saturaţie au valorile ISE = 40 mA şi respectiv ISI = 17 mA. Din Fig. 4.7a se poate constata faptul că, în cazul plasmei de argon, potenţialul flotant are valori cuprinse în domeniul -5 ÷ 0 V

- 19 -

iar potenţialul plasmei este uşor pozitiv faţă de potenţialul incintei metalice a instalaţiei aflate la potenţialul zero, de referinţă.

Fig. 4.7a Caracteristici de sondă Langmuir cilindrică obţinute în plasma de argon;

P = 4,9x10 mbar-2 , B = 0,4 T, IS = 80 A, QAr = 2 slm

-60 -40 -20 0 20-30

-20

-10

0

10

20

30

40 r (cm) 10 4 3 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.5 0.4 0.3 0.1 0.0

HidrogenR = 100 Ω

I p (m

A)

Vp (V)

Fig. 4.7b Caracteristici de sondă Langmuir cilindrică obţinute în plasma de hidrogen;

P = 4,77x10 mbar-2 , B = 0,4 T, IS = 80 A, QH2 = 2 slm

- 20 -

Fig 4.8 Distribuţia radială a potenţialului flotant şi a potenţialului plasmei estimate din caracteristicile de sondă obţinute în Ar şi Ar+H2, la P = 3,1 x10 mbar-2 , B = 0,4 T,

IS = 100 A, QAr = 2 slm, QAr + QH2 = 1slm+1slm

Din caracteristicile de sondă pot fi determinaţi parametri precum: potenţialul flotant, potenţialul plasmei şi

- 21 -

intensităţile curenţilor de saturaţie. Rezultate obţinute prin estimarea potenţialului flotant şi a potenţialului plasmei (pentru fiecare poziţie radială a sondei) sunt reprezentate în Fig. 4.8. Din aceste grafice se poate constata că cele două potenţiale sunt foarte apropiate ca valoare, existând o diferenţă de maximum 5 V între acestea. În anumite condiţii această situaţie se datorează şi faptului că, sub acţiunea bombardamentului cu particulele plasmei, sonda cilindrică ajunge în regim de termoemisie şi devine sondă emisivă. Deoarece pentru încălzirea sondei nu se foloseşte un circuit electric extern o astfel de sondă este de fapt una autoemisivă. Această situaţie a fost utilizată pentru a estima potenţialul plasmei, fără a mai fi necesară trasarea caracteristicilor de sondă şi prelucrarea lor, ci este suficientă măsurarea directă a potenţialului flotant al sondei autoemisive.

IV.5 Măsurători experimentale realizate pe instalaţia Pilot-PSI cu sonda Katsumata

Sonda Katsumata este compusă dintr-un colector din wolfram având diametrul de 1,6 mm, învelit într-o cămaşă ceramică, acest ansamblu putând culisa în interiorul unui tub ceramic de diametru mai mare. Schema de principiu a unei sonde Katsumata [Katsumata 1967] este prezentată în Fig. 4.9.

- 22 -

Fig. 4.9 Schema de principiu a unei sonde Katsumata

Adâncimea la care este poziţionat colectorul de wolfram în interiorul tubului ceramic s-a notat cu h. Sonda a fost introdusă în interiorul instalaţiei Pilot-PSI după o direcţie perpendiculară pe axul acesteia, având posibilitatea de a fi deplasată pe direcţia radială. Pentru diferite poziţionări radiale ale sondei au fost măsurate fluctuaţiile potenţialului flotant ale colectorului în funcţie de adâncimea h la care era fixat colectorul în interiorul tubului ceramic. Au fost folosite valori ale lui h cuprinse între 0 şi 5 mm.

Pentru setul de măsurători realizat în condiţiile experimentale presiune de 7,4x10-2 mbar, B = 0,4 T, curentul prin sursa de plasmă (arc în cascadă) IS = 90 A au fost obţinute valori ale lui D⊥cuprinse între 0,23 m2/s, în centrul coloanei de plasmă la R = 0 cm şi 0,74 m2/s la marginea acesteia R = 1 cm [Solomon 2009c].

- 23 -

Capitolul V Diagnoza plasmei instalaţiei Pilot-PSI folosind analizorul multi-canal. Rezultate experimentale. V.1 Măsurători de potenţial flotant la suprafaţa

ţintei instalaţiei Pilot-PSI

Pe instalaţia Pilot-PSI s-au realizat măsurători folosind şi analizorul multi-canal, prezentat în capitolul III. Măsurătorile efectuate au fost în principal de două tipuri:

i) măsurători ale potenţialului flotant al colectorilor analizorului şi

ii) măsurători ale intensităţii curenţilor atunci când toţi colectorii analizorului şi placa de carbon au fost conectate la masa instalaţiei Pilot-PSI.

Aceste măsurători au fost făcute folosind ambele variante constructive ale analizorului multi-canal (prezentate în capitolul III).

În serie cu fiecare colector a fost montat un rezistor de 0,2 Ω iar de la acesta conexiunea la masa instalaţiei. Folosind sistemul de achiziţii de date s-a măsurat căderea de tensiune pe rezistorul corespunzător fiecărui colector al analizorului. Cunoscând valoarea rezistenţelor ohmice s-a alc lat intensitatea curentului pentru fiecare colector. c u

- 24 -

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

x (mm)

y (m

m)

Vf (V)

B = 0.8 T, Is = 80 A

-165.00

-131.00

-97.00

-63.00

-29.00

5.00

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

x (mm)

y (m

m)

Vf (V)

B = 0.8 T, Is = 100 A

-165.00

-131.00

-97.00

-63.00

-29.00

5.00

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

x (mm)

y (m

m)

Vf (V)

B = 0.8 T, Is = 120 A

-165.00

-129.60

-94.20

-58.80

-23.40

12.00

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

x (mm)

y (m

m)

Vf (V)

B = 0.8 T, Is = 140 A

-165.00

-131.00

-97.00

-63.00

-29.00

5.00

Fig. 5.1 Distribuţii 2D ale potenţialului flotant la suprafaţa ţintei instalaţiei Pilot-PSI obţinute pentru B = 0,8 T

Pentru a reprezenta distribuţia de potenţialului flotant la suprafaţa ţintei instalaţiei Pilot-PSI s-a folosit o formă de reprezentare bidimensionala 2D. Distribuţiile de potenţial flotant obţinute pentru un câmp magnetic de 0,8 T prezentate în Fig. 5.1 arată o foarte bună simetrie radială.

- 25 -

V.2 Măsurători de intensitate a curenţilor la

Pentru aceste măsurători toţi colectorii analizorului şi plac

suprafaţa ţintei instalaţiei Pilot-PSI

a de carbon au fost conectate la masa instalaţiei Pilot-PSI. În Fig. 5.2 sunt prezentate distribuţiile 2D ale intensităţilor de curenţi obţinute pentru o inducţie a câmpului magnetic de 0.8 T.

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10 B = 0.8 T, Is = 80 A

IV=0 (A)

y (m

m)

x (mm)

-5.20

-4.06

-2.91

-1.77

-0.62

0.52

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10 B = 0.8T, Is = 100 A

IV=0 (A)

y (m

m)

x (mm)

-5.20

-4.06

-2.91

-1.77

-0.62

0.52

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10 B = 0.8 T, Is = 120 A

IV=0 (A)

y (m

m)

x (mm)

-5.20

-4.06

-2.91

-1.77

-0.62

0.52

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10 B = 0.8 T, Is = 140 A

IV=0 (A)

y (m

m)

x (mm)

-5.20

-4.06

-2.91

-1.77

-0.62

0.52

Fig. 5.2 Distribuţii 2D ale intensităţii curenţilor la suprafaţa ţintei

instalaţiei Pilot-PSI obţinute pentru B = 0,8 T.

- 26 -

e distribuţiile obţinute prezintă o bună ţa unui puternic

Toat simetrie radială şi de asemenea s-a observat existengradient radial. Maximul distribuţiei de curent este înregistrat în zona centrală a analizorului dar nu exact în centrul plăcii de carbon a acestuia. Din motive tehnice nu a fost posibil ca axa coloanei de plasmă să fie aliniată perfect cu centrul analizorului. Măsurătorile de potenţial flotant al colectorilor au arătat faptul că curenţii măsuraţi folosind analizorul sunt determinaţi de existenţa în coloana de plasmă a unor gradienţi puternici de potenţial.

Gradientul radial al distribuţiei de curent este mai pronunţat la 0,8 T comparativ cu 0,4 T. Intensitatea curentului recepţionată de către colectorii conectaţi la masă creşt

ul tezei au avut ca argument faptul ă, utilizarea sondelor electrice pentru diagnoza plasmei

e puternic o data cu creşterea inducţiei câmpului magnetic.

Concluzii principale

Studiile efectuate în cadrcprezintă avantaje multiple care constau în: obţinerea parametrilor locali ai plasmei, domeniu relativ larg al valorilor parametrilor studiaţi şi respectiv a plasmelor produse în laborator sau în natură, relativa simplitate a echipamentelor utilizate şi implicit costurile relativ mici legate de realizarea sistemelor de măsură şi de obţinere a informaţiilor primare. Din măsurătorile efectuate cu dispozitivele şi echipamentele prezentate, şi în urma - 27 -

interpretării datelor obţinute au putut fi formulate următoarele concluzii principale.

1) În diagnoza plasmei neizoterme magnetizate produsă în instalaţia liniara realizată în laboratorul de la

2)c şi lungimea

3) în regiunea curentului

4)smelor magnetizate.

Universitatea ”Alexandru Ioan Cuza”, au fost folosite sonde cilindrice cu lungime variabila. Atunci când sonda a fost orientată după direcţia paralelă cu liniile de câmp magnetisondei depăşeşte o anumită lungime critică, în regiunea curentului electronic de saturaţie caracteristica volt-amperică a sondei înregistrează o porţiune cu pantă negativă. O primă contribuţie originală a tezei constă în faptul că apariţia pantei negativeelectronic de saturaţie este explicată prin particularităţile mişcării de drift electric a electronilor în interiorul stratului de sarcină spaţială. Dacă sonda cilindrică este orientată perpendicular faţă de direcţia liniile de câmp magnetic regiunea cu pantă negativă nu mai apare pe caracteristicile de sondă, deoarece mişcarea de drift electric a electronilor nu mai poate avea loc într-un mod coerent. A fost propusă o metodă noua pentru a determina potenţialul plasmei în cazul pla

- 28 -

5) Cu toate că nu există un model teoretic satisfăcător pentru caracteristicile de sondă obţinute în condiţiile

6)

7)a intensităţilor curenţilor ionici de saturaţie

8)sursei de plasmă

9)laţia Pilot-PSI pentru a determina

coeficientul de difuzie transversal al plasmei. Pentru

experimentale prezente în instalaţia experimentală Pilot-PSI, parametrii plasmei precum: intensitatea curentului ionic de saturaţie Isi, potenţialul flotant Vf şi potenţialul plasmei VP pot fi obţinute din aceste caracteristici, cel puţin ca valori relative. Potenţialul flotant, obţinut în cazul plasmei de hidrogen, în centrul coloanei de plasmă, are valori pronunţat negative. Acest rezultat indică faptul că parametrii plasmei din maşina Pilot-PSI sunt puternic dependenţi de condiţiile din sursa de plasmă a arcului cascadă. Din distribuţiile radiale ale potenţialului plasmei, respectiv au putut fi evaluate distribuţiile radiale ale intensităţilor câmpului electric radial, respectiv ale gradientului de densitate al plasmei. A fost arătat faptul că parametrii fizici ai coloanei de plasmă depind atât de caracteristicile cât şi de caracteristicile ţintei (de ex. potenţialul aplicat pe ţintă). Măsurătorile folosind sondă Katsumata au fost efectuate pe insta

- 29 -

setul de măsurători realizat la B = 0,4 T au fost obţinute valori ale lui D⊥cuprinse între 0,23 m2/s, în centrul coloanei de plasmă la r = 0 cm şi 0,74 m2/s la marginea acesteia r = 1,0 cm. ) Măsurătorile efectuate în plasma instalaţiei Pilot-PSI, la nivelul ţintei, cu ajutorul analizorului multi-canal au fost de doua ca

10

tegorii: măsurători ale intensităţii curenţilor atunci când toţi colectorii analizorului şi placa de carbon au fost conectaţi la masa şi măsurători ale potenţialului flotant al colectorilor analizorului. Distribuţiile de potenţial flotant măsurate cu cele 61 de colectori/sonde arată o foarte bună simetrie radială a valorilor. Valorile potenţialului flotant (în valoare absolută) la suprafaţa ţintei creşte atunci când inducţia câmpului magnetic creşte şi scade atunci când intensitatea curentului total de descărcare IS creşte. Dependenţa potenţialului flotant de inducţia câmpului magnetic şi intensitatea curentului de descărcare se explică prin scăderea coeficientului transversal de difuzie radială a plasmei D⊥ atunci când valorile acestor parametri cresc. ) Distribuţiile radiale ale intensităţilor de curent electronic măsurate cu ajutorul analizorului multicanal

ată de asemenea o bună simetrie radială şi exi

11

ar stenţa unui puternic gradient radial. Intensităţile curenţilor

- 30 -

electronici măsurate de către colectorii conectaţi la masă cresc puternic o data cu creşterea inducţiei câmpului magnetic. ) Mişcarea de drift a coloanei de plasmă şi implicit mişcarea de rotaţie a coloanei de plasmă magnetizată au fost analizate şi prin analiza fluctuaţiilor fluxurilor de particule măsura

12

te cu cei 61 de colectori ai

analizorului multicanal folosind o metodă de corelaţie. Astfel, viteza de rotaţie calculată, prin metoda corelaţiei de fază, pentru poziţia radială de 7,5 mm este de ~ 2,7 km/s iar pentru poziţia radială de 5mm este de ~ 5 km/s. Aceste valori ale vitezelor sunt de circa două ori mai mici decât cele calculate anterior, prin aproximaţia plasmei necolizionale, folosind expresiile vitezelor de drift electric, respectiv diamagnetic pentru aceleaşi poziţii radiale. Această neconcordanţă de valori poate fi înţeleasă dacă ţinem seama că, în realitate, mişcarea de drift electric este influenţată de factori precum mişcarea de drift diamagnetic a particulelor plasmei, de ciocniri şi alţi factori care pot conduce la micşorarea vitezei de rotaţie.

- 31 -

Bi

[Dote 1964] T. Dote, H. Amemiya, T. Ichimiya, Jpn. J. Appl. Phys. 3, (1964) 789 [Gheorghiu 1991] M. Gheorghiu, G. Popa, O.C. Mungiu ”Improving blood compatibility of poly(ethylene terephthalate) by ion beam treatments” J.Bioact.Compat. Polym., 6, 2, 164 – 170, (1991) [http://www.iter.org/] http://www.iter.org/sci/whatisfusion[Katsumata 1967] I. Katsumata and M.Okazaki 1967 Japan J. Appl. Phys. 6 123 [Meiden 2008] H.J. van der Meiden, R.S. Al, et al., Rev. Sci. Instrum. 79, 013505 (2008). [Sanden 1992] M.C.M. van de Sanden, J.M. de Regt, G.M. Janssen, J.A.M. van der Mullen, D.C. Schram, and B. van der Sijde, Rev. Sci. Instrum. 63, 3369 (1992) [Shumack 2008] A. E. Shumack, V.P. Veremiyenko, et al., Physical Review E 78, 046405 (2008). [Wesson 2004] J. Wesson; et al. Tokamaks Oxford University Press (2004) [Matthews 1989] G. F. Matthews 1989 Plasma Phys. Control. Fusion 31 841-53 [Stangeby 1987] P.C. Stangeby, Journal of Nuclear Materials 145-147, 105-116, (1987) [Solomon 2009c] M.L. Solomon et al., ”Measurements of plasma diffusion coefficient in Pilot-PSI device using Katsumata probe”, Journal of Automation, Mobile Robotics & Intelligent Systems Vol. 3, No. 4, 160, (2009) [Solomon 2010c] M.L. Solomon et al., ”Multi-Channel Analyzer Investigations of Ion Flux at the Target Surface in Pilot-PSI”, Contrib. Plasma Phys. 50, No. 9, 898 – 902, (2010)

bliografie selectivă

- 32 -

Lucrări ştiinţifice Lucr ri publicate sau în curs de publicare în jurnale cotate ISI

olomon

ă

1. M. L. S , S.Teodoru, G. Popa, “Secondary electron

0,113

emission at Langmuir probe surface”, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, Vol. 10, No. 8, 2011-2014, (2008) Scorul de influenţă (absolut) al revistei ştiinţifice:

2. M. L. Solomon, V. Anita, C. Costin, I. Mihaila, G. Popa, H.

van der Meiden, R. Al, M. van de Pol, G. van Rooij, and J.

face in Pilot-PSI”, Contrib. Plasma Phys. 50,

ă în articolul:

rbon at ITER relevant plasma fluxes:

urnal of Nuclear Materials, Vol. 415, Issue 1, Supplement,

Rapp, ”Multi-Channel Analyzer Investigations of Ion Flux at the Target SurNo. 9, 898-902 (2010) Scorul de influenţă (absolut) al revistei ştiinţifice: 0,466 Lucrarea a fost citatVan Rooij, G. J.Westerhout, J. Brezinsek, S. Rapp, ”Chemical erosion of caResults from the linear plasma generator Pilot-PSI”, Jo1 August 2011, Pages S137–S140

3. M. L.Solomon, I.Mihaila, C.Costin and G.Popa ”On the

particular behavior of current-voltage characteristic of electrical probes in magnetized plasma ”, Contrib. Plasma Phys, submitted

4. C. Costin, V. Anita, M. L. Solomon, L. Sirghi, G. Popa,M. van de Pol, R. S. Al, J. Rapp ” Cross-correlation signal analysis of a multi-probe system acting as the target of Pilot-

torului: 0,579

PSI”, Contrib. Plasma Phys, submitted

Scorul de influenţă cumulat al au

- 33 -

Lucrări publicate în jurnale necotate ISI

1. M. L. Solomon, I. Mihaila, V. Anita, C. Costin,G. Popa, H. J. van der Meiden, R. S. Al, G. J. van Rooij, N. J. Lopes-Cardozo, J. Rapp, C. Ionita, R. Stärz, R. Schrittwieser ”Measurements of plasma diffusion coefficient in Pilot-PSdevice using Katsumata probe”, Journal of Automation, Mobile Robotics &

I

Pr

1.

Intelligent Systems, Volume 3, No. 4 (2009).

ezentări orale la conferinţe internaţionale:

M. L. Solomon, V. Anita, C. Costin, I. Mihaila, G. Popa, H. van der Meiden, R. Al, M. van de Pol, G. van Rooij, and J. Rapp ” Multi-Channel Analyzer Investigations of Ion Flux athe Target Surface in Pilot-PSI”, 8th International Worksho

t p

Plasmas, 21–24 September

2.

on Electric Probes in Magnetized 2009, Innsbruck, Austria M. L. Solomon, R. S. Al, V. Anita, C. Costin, B. de Groot, W. Goedheer, A. W. Kleyn, W. R. Koppers, N. J. Lopes Cardozo, H. J. van der Meiden, R. J. E. van de Peppel, R. P. Prins, G. J. van Rooij, A. E. Shumack, W. A. J. Vijvers, J. Westerhout, G. Popa “On the self excited instabilities in the

3.

plasma column of Pilot-PSI”, The 14th International Conference on Plasma Physics and Applications, 14- 18 September 2007, Braşov, Romania M.L.Solomon, I.Mihaila, C.Costin and G.Popa ”On the particular behavior of current-voltage characteristic of electrical probes in magnetized plasma”, 9th International Workshop on Electric Probes in Magnetized Plasmas, 21–23 September 2011, Iaşi, Romania C. Costin, V. Anita, M. L. Solomon, L.4. Sirghi, G. Popa,M.

t of Pilot-

van de Pol, R. S. Al, J. Rapp ” Cross-correlation signal analysis of a multi-probe system acting as the targe

- 34 -

PSI”, 9th International Workshop on Electric Probes in Magnetized Plasmas, 21–23 September 2011, Iaşi, Romania

Cont

1. n,

lomon, G. Popa ”On the power balance at the end plate of the plasma column in PILOT-PSI device”, 34th

e on Controlled Fusion and Plasma Physics, 2-6 July 2007, Warsaw, Poland

ribuţii la conferinţe naţionale şi internaţionale

H. J. van der Meiden, W. A. J. Vijvers, J. Westerhout, R. S. Al, B. de Groot,L. van de Peppel, W. Goedheer, G. J. vanRooij, N. Lopes Cardozo, A. W. Kleyn, V. Anita, C. CostiM. L. So

European Physical Society (EPS) Conferenc

2. M. L. Solomon, Steluta Theodoru and G. Popa “Secondary electron emission at Langmuir probe surface”, The 14th International Conference on Plasma Physics and Applications, 14-18 September 2007, Braşov, Romania

3. M. L. Solomon, V. Tiron, C. Costin, C. Andrei and G. Popa “Diagnostics of high density magnetised plasmas by self

,

4.

emissive probe”, The 14th International Conference on Plasma Physics and Applications, 14-18 September 2007Braşov, Romania I. Mihaila, C. Costin, M. L. Solomon, G. Popa, C. Ionita, RStärz, R. Schrittwieser, J. Rapp, N.J. Lopes-Cardozo, H.J. van der Meiden, G.J. van Rooij “Probe investigationsPilot-PSI plasma”, 35th European Physical Society (EPSConference on Controlled Fusion an

.

of the )

d Plasma Physics, 9-13

5. June 2008, Crete, Greece M. L. Solomon, I. Mihaila, V. Anita, C. Costin,G. Popa,J. van der Meiden, R. S. Al, G. J. van Rooij, N. J. Lopes-Cardozo, J. Rapp, C. Ionita, R. Stärz, R. Schrittwieser ” Measurements of plasma diffusio

H.

n coefficient in Pilot-PSI e

9,

Poland

device using Katsumata probe”, 8th International Conferencon Global Research and Education (Inter-Academia) 20014-17 September 2009, Kazimierz Dolny and Warsaw,

- 35 -

6. M. L. Solomon, V. Anita, C. Costin, I. Mihaila, L. SirghPopa, M. J. van de Pol, G. J. van Rooij, J. Rapp ”Current and

i, G.

floating potential distributions measured by multiple-probe 5th

International Conference on Plasma Physics and

7.

system at the end plate surface in Pilot-PSI”, The 1

Applications, 1-4 July 2010, Iasi, Romania M. L. Solomon, V. Anita, C. Costin, I. Mihaila, L. Sirghi, Popa, M. van de Pol, R. S. Al, G. J. van Rooij, J. Rapp ”2D distributions of current and floating potential at the target surface in Pilot-PSI”, 37th European Physical Society (EConference on Plasma Physics, 21-25 June 2010, Dublin, Ireland

G.

PS)

8. R. Apetrei, M. Solomon, I. Mihaila and G. Popa ”On electrical probe used in magnetron plasma diagnostic”, Physics Conference (TIM-11), 24 - 27 NovemberTimisoara, Romania

2011,

- 36 -

IV.3 Măsurători experimentale realizate pe instalaţia Pilot PSI cu sonda cilindrică - 61 IV.3.1 Potenţialul flotant, potenţialul plasmei şi intensitatea curentului ionic de saturaţie în plasma instalaţiei experimentale Pilot-PSI - 62 Capitolul I Fuziunea termonucleară I.1. Fuziunea termonucleară. Noţiuni generale. Diagnoza cu sonde electrice a plasmelor magnetizate II.1 Caracteristica reală a unei sonde plane în plasma magnetizată IV.3 Măsurători experimentale realizate pe instalaţia Pilot PSI cu sonda cilindrică IV.3.1 Potenţialul flotant, potenţialul plasmei şi intensitatea curentului ionic de saturaţie în plasma instalaţiei experimentale Pilot-PSI