طراحی و ساخت کاتد با قابلیت خنک شونده برای روش محصورسازی الکترواستاتیکی اینرسی به منظور افزایش زمان کارکرد دستگاه

یکی از دستگاه‌هایی که به منظور محصورسازی پلاسما و انجام اندرکنش‌های گداخت هسته‌ای خصوصاً برای تولید نوترون مورد استفاده قرار می‌گیرد دستگاه محصورسازی الکترواستاتیکی اینرسی است. اعمال میدان الکتریکی قوی بین دو الکترود مشبک در این دستگاه، موجب یونیزاسیون و شتاب‌گیری یون‎ها به سمت ناحیه مرکزی آن می‌شود. انرژی یون‌ها در این ناحیه بسته به اختلاف ولتاژ اعمالی بین دو الکترود چند ده کیلو‌ الکترون‌ولت است. لذا در صورت استفاده از گاز دوتریم موجب انجام واکنش‌های گداخت هسته‌ای و تولید نوترون‌های سریع می‌گردد. داغ شدن بیش از اندازه الکترود مرکزی (کاتد) به علت برخورد یون‌های پرانرژی یکی از معضلات عمده در این نوع دستگاه‌ها است. این موضوع علاوه بر این‌که باعث عدم امکان کارکرد دستگاه در شرایط پایدار و در زمان طولانی می‌شود، توان اعمالی به دستگاه را محدود کرده است. در این کار پژوهشی، برای رفع این مشکل یک کاتد همراه با ورودی ولتاژ بالا با قابلیت خنک شونده در دستگاه ir-iecf ساخته و استفاده گردید. از آب دوبار-یونیزه  به عنوان سیال خنک‌کننده استفاده شد تا کاتد جدید با قابلیت آبگرد که متصل به منبع تغذیه ولتاژ بالا است بدون انتقال این ولتاژ به پمپ آب/ قادر باشد در توان‌های بالاتر از 3 کیلو وات و بدون ذوب شدن به کارکرد خود ادامه دهد و در ضمن سیال خنک‌کننده به دمای جوش نرسد. نتایج شبیه‌سازی با نتایج تجربی در این مورد توافق خوبی دارند.

design and construction of actively cooled cathode for inertial electrostatic confinement approach to extend the operational time

inertial electrostatic confinement fusion (iecf) devices are utilized for studying nuclear fusion reactions, particularly for fusion neutron production. a strong electric field between two transparent electrodes results in the formation and acceleration of ions toward the device’s center. the energy level of these accelerated ions reaches tens of kilo-electron volts, sufficient to produce fast neutrons through nuclear fusion reactions when deuterium gas is used. overheating due to collisions of high-energy ions with the cathode surface is a primary issue that limits the applied power and long-term stable operation of these devices. in this research, an actively cooled cathode was designed and constructed for the ir-iecf device. deionized recirculating water was used as the coolant to reduce the cathode temperature. the cathode, connected to a high voltage power supply via a feedthrough, can prevent high voltage breakdown and melting at input powers exceeding three kilowatts. both theoretical and experimental results show excellent agreement in heat removal during continuous operation.