معرفی مرکز تحقیقات فیزیک پلاسما توکامک IR- T1

معرفی مرکز تحقیقات فیزیک پلاسما( دانشگاه آزاد اسلامی )

مرکز تحقیقات فیزیک پلاسما در مجتمع دانشگاهی به مساحت 500 هکتار از ناحیه شمال غربی تهران در فضایی به مساحت 3000 مترمربع می‌باشد

توکامک IR- T1 در سال 1373 به منظور پیشبرد تحقیقات و مطالعات پیشرفته در زمینه فیزیک پلاسما (پلاسمای داغ) و همجوشی هسته‌ای در این مرکز نصب و راه اندازی گردید.
توکامک IR-T1 در زمره توکامک‌های کوچک و با راندمان بالای جهان محسوب می‌شود. این سیستم، جهت اندازه‌گیری وتشخیص پارامترهای پلاسما دارای دستگاه‌های تشخیصی حساس مانند طیف نگار تک کاناله در بازه طول موج نور مرئی، سیستم پنج کاناله پخش سیکلوترونی الکترون، گیرنده‌های اشعه ایکس، لیزر تک کاناله هیدروسیانید، پیچه‌های مغناطیسی میرنوف و پروب دوبل لانگمویر می‌باشد.
این توکامک از نوع ترانسفورمری بدون غشای هادی و سیستم منحرف کننده ناخالصی هاست. مساحت، ارتفاع و وزن آن به ترتیب 6/1 متر مربع، 5/2 متر و 7/2 تن می‌باشد. توکامک فوق از پنج سیستم اصلی زیر تشکیل یافته است:
1- پیچه‌های میدان مغناطیسی تروئیدال: شامل 16 پیچه که هر کدام 20 دور دارد.
2- پیچه های سیستم گرمایی اهمی: شامل پنج پیچه که چهار تای آن دارای 4،6،6،4 دور و دیگری سلونوئید مرکزی که دارای 240 دور است و محور اصلی توکامک را نیز تشکیل می دهد.
3- پیچه‌های میدان مغناطیسی عمودی: شامل 4 پیچه است که دو تای آن در بالا و پایین توکامک و دوتای دیگر در غلاف سلونوئید مرکزی قرار دارند.
4- چمبره خلاء: این محفظه از جنس Stainless Steel با آلیاژ کروم ساخته شده، قطر داخلی آن 00/32 سانتی متر و ضخامت آن 40/0 سانتی متر است.

5- ساختار نگه دارنده توکامک: میزی که کلیه اجزای اصلی توکامک بر روی آن محکم شده است از جنس پشم شیشه فشرده و چوب می‌باشد، اتصالات از نوع فلز مس بدون اکسیژن (OFC) و حلقه‌های اتصالی از نوع Vition. است . پارامترهای اصلی این توکامک به قرار زیر است:
R=45.00cm, a=12.50cm, IP=20-40 KA
Td = 18-26ms, B t = 0.6-0.9 Tesla,
V loop = 2.6-8V, n e =0.7-3 × 1013 1/cm3, Z eff < 2

پلاسما

ما روی جزیره‌ای از مواد معمولی زندگی می‌کنیم. جایی‌که حالت‌های مختلف ماده در آن، عبارتند از جامد، مایع و گاز. ما یادگرفته‌ایم که با استفاده از شکل‌های شناخته‌شده ماده کارکنیم، بازی‌کنیم و استراحت‌کنیم.

آقای ویلیام کروکس، فیزیکدان انگلیسی، در سال 1879 میلادی چهارمین حالت ماده را نیز معرفی نمود. پروژه مطالعاتی فیزیک معاصر چگالی و دمای پلاسما در محدوده‌ای از نسبتا سرد و رقیق ( مانند شفق ) تا خیلی داغ و متراکم ( نظیر هسته یک ستاره ). از لحاظ الکتریکی همه شکل‌های متداول یک ماده یعنی جامد، مایع و گاز خنثی هستند و خیلی سرد یا چگالتر از آنکه به حالت پلاسما درآیند. واژه پلاسما اولین بار توسط دکتر ایروینگ لانگ‌مایر فیزیک‌شیمیدان امریکایی در سال 1929 میلادی به گازهای یونیزه‌شده اتلاق‌شد.

در این شکل شما چهار حالت H2O را مشاهده می‌فرمایید. در تصویر سمت چپ یعنی حالت جامد، دمای ترکیب کمتر از صفر درجه سلسیوس است و مولکول‌هایش در آرایش شبکه‌ای در جایشان مستقر می‌شوند. در تصویر دوم حالت مایع را با گرمایی بین صفر تا 100 درجه سلسیوس، مشاهده می‌فرمایید. مولکولها در این‌حالت آزادانه حرکت می‌کنند. در تصویر سوم، حالت گازی آب یا همان بخار آب با دمای بیش‌از 100درجه سلسیوس، مولکولهایی دارد که همه فضای ظرف را می‌تواند اشغال نماید. اما در شکل چهارم، پلاسما یا گاز یونیزه‌شده که شامل دو یون H+ و دو الکترون با بار منفی‌است، دمایی بیش‌از یکصدهزار درجه سلسیوس دارد . جریان الکتریکی بیش‌از ده‌الکترون‌‌ولت را پدید می‌آورد. یون‌ها و الکترون‌ها به‌صورتی کاملاً آزادانه در فضایی بزرگ پراکنده می‌شود. پلاسما شامل مجموعه‌ای از الکترون‌های آزاد و اتم‌های یونیزه‌شده‌ای که الکترونهایشان را از دست داده‌اند، می‌شود. برای ساخت پلاسما و گرفتن الکترون از اتم‌ها، انرژی مورد نیاز است. این انرژی می‌تواند از منابع گوناگونی تامین گردد: منابع گرمایی، الکتریکی، یا نور ( نور ماوراء بنفش یا نور شدید لیزر مرئی ). با توان ناکافی، پلاسما مجدداً به حالت گاز طبیعی باز می‌گردد. پلاسما توسط میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی می‌تواند شتاب بگیرد و هدایت شود، به‌این‌ترتیب هدایت شده و کنترل می‌گردد. تحقیقات در باره پلاسما، فهم بیشتری در باره جهان هستی به ما می‌دهد. کاربردهای عملی تحقیقات پلاسمایی عبارتند از: تکنیک‌های ساخت جدید، محصولات قابل تجزیه و بازیافت‌پذیر، کشف منابع انرژی عظیم، روشنایی موثرتر، تمیزکردن سطوح و ... .

سمینار هفته پژوهش (جناب آقای دکتر محمود قرآن نویس )