r? <* -f HC-c c o ^ TÜRKtYE ATOM ENERJÎSİ KURUMU J ÇEKMECE NÜKLEER ARAŞTIRMA VE EĞİTİM MERKEZİ Araştırma Raporu No: 235 AR -^21T. MAGNETİK ALANIN PLAZMA REZONANS SONDASINA ETKİSİ Adnan BAYKAL, Zeynel SEZER, Eı»un GÜLTEKİN FİZİK BÖLÜMÜ Kasım 1985 P. K. 1, Hava Alanı, İstanbul
TÜRKİYE ATOM ENERJÎSt KURUMU & > ÇEKMECE NÜKLEER ARAŞTIRMA VE EĞİTİM MERKEZİ # Araştırma Raporu No: 235 MAGNETtK ALANIN PLAZMA REZONANS SONDASINA ETKİSt Adnan BAYKAL, Zeynel SEZER, Er^un GÜLTEKtN FİZİK BÖLÜMÜ Kasım 1985 P. K. 1, Hava Alanı, İstanbul
OZ:.T MGNRTİK A1ANDJ PiAZM KriZCüAHS SOSfDASlNfc ETKİSİ K Bu çalışmada, difüzyon tipli bir plazma ortamında magnetik alanın rezonans sondasına etkisi incelendi. Plazma, 30 cm. çapında pyrex bir tup içinde, iki anod-sıcak katod elektrodu kullanarak argon gazının 75 V'ta iyonize edilmesiyle elde edildi. Uygulanan magnetik alan maksimum 100 Gauss'tur. "iireael sondanın dogru akım-frekans sinyali, 1-110 MHz aralığında magnetik alan değiştirilerek, elde edildi. Ölçülen antirezonans frekansının,elektron siklotron frekansı ile değişimi incelendi. ABSTI&CT TIİE EJJTECT OF MAGNETIC FIELD ON THE RESONANCE PKOBE The effect of magnetic field en the resonance probe was observed in a diffusion type plasma. The argon discharge was maintained by means of two anode-hot cathodes biased at 7b V. The plasma container is a pyrex tube having a diameter of 30 cm. The applied magnetic field is 100 Gauss at max. range. The d.c. current frequency signal of spherical probe was obtained by varying the magnetic field for the frequency range of 1-110 MHz. The variation of measured antiresonance frequency with electron cyclotron frequency was observed. *Bu çalışma, 10-12 Ekim ıj84'de CWAEi.i'de yapılan II, Nükleer Bilimler Kongresinde bildiri olarak sunulmuştur. llusai
İÇİNDEKİLER Sayfa ît o 1. GİHİŞ 1 2. DENEY DÜZENEĞİ 1 3. ÖLÇMELER 2 4. SOKUÇ 2 5. KÂYtıAKIAK q
1. GİRİŞ Rezonans sondası yönteminde, sonda ve referans elektrodu arasına doğru ve değişken gerilimi-, r berabere, ay,;ulanuıhında, sonda devresinden geçen doğru akımın uysulanan frekansa ^üre demişimi (rezonans eğrisi) pjazrııa elektron frekansında bir minimum gösterir yekil 1, (1,2). Plazma rezonans sondası karakteristikleri magnetik alan ulmadifi zaman kolayca incelenebilmektedir. Lia^netik alanın uygulanması halinde ise teorik bazı yaklaş ııiilira ereksinim duyulmaktadır ('3.4). Hazma rezonans sondasının magnetik alan altındaki karakteristiklerinden yararlanılarak ölçülen arıtirezonans frekansının, elektron siklotron frekansına göre demişimi Şekil- 2'de sterildi (3,4). 2. DiiiiEY DÜZENEĞİ Çalışmada 30 cm. çapında küresel deşarj tüpü kullanıldı. Tüpün karşılıklı iki uzantısında sıcak kato.' deşarjı ile ar^on «Tazı iyonize edildi (..:ekilıer 3-4;. Tüpün ilk basıncı İÜ - ' Vorr' dur. çalışma basıncı 'j^io -5-10~~ Torr arasındadır. j)eşarj elektrodlarına Tj V luk bir gerilim uy.<;u l^nurat. tüp içinde az yumrun bir plazma elde edilmektedir. Deşarj tüpü etrafındaki ma.^netik alan bobini, 32 cm. çaoında v«. lr> cm, on iride bir makaraya 1.4 mm. çapındaki telden b-jû sarın: sa "Lİüıasıy Js. yafj_.;.. Deney şartlarına ^öre bu bobin tüp içerisinde C-1CO '.lauss anısında homojen bir alan meydana :etirebi enektedir. Küresel sonda, paslanmaz çelikten yapılmış v>- j.f; crr. çapında, olur d-rşa.^j tüpünün merkezindedir. Lîonda devresine oj :e taramalı bir potansiyometre ile + 30 V uygulanabilmektedir. lüksek frenans serilimi için 0-3 V (rms) urrpii tüdlü, 1-ii....iz aras.nı tarayabiit,ı lir 8601A Genera tor/sweeper'dan fay dalanı İdi. n.;:'nek frekans e- riliminderı dolayı meydana f;eien sonua akımın m rıarracı ilkle i 1 iv3;z'iik low-pass filtre ile yok edilerek, uy ;ulana:~. frekanüu ^öre sondadan ;>;eçen do/jru akın: i-i i.' iviiz ansiriüa elen O-J il: L (rezonans esrisi). Rezonans; esrisi, uy,yalanan ma/rıet-i-k a Jar: düzerine ^öre bir derişi; -. ;<islermektedj r ve terbin aian jt.cn i-
çin farklı bir antirezonans frekansı ölçülebilmektedir Şekil % 3. ÖLÇMELER Değişik magnetik alan değerlerinde, farklı basınç ve deşarj akımlarında oluşturulan plazmaya rezonans sondasının uygulanması ile elde edilen rezonans eğri ailelerinin minimumları Tekil 5 ve Tablo 6'da verildi. Ölçülen antirezonans frekansının, elektron siklotron frekansıyla değişimi Şekil 7'de gösterildi. 4. SONUÇ Rezonans sondasının magnetik alan altındaki bu uygulaması, deneysel yönden yararlanılabilir olmasına ragmen, teorik yeni a- çıklamalara gereksinim duyulmaktadır. î.agnetik alan altındaki rezonans sondasından laboratuvar ve uzay plazma ölçmelerinde yararlanılmaktadır. 4( ' w> /i ; i [/"! ' «h \ vekil 1. f.agnetik alandan bakımsız rezonans sondası karakteristik eğrisi (1,2), I dc ( v, R) sonda do^ru akımının maksimumu, ^«("A ) sonda doğru akımının minimumu, I, (ü) ise frekansın sıfır değeri için sondadan geçen akım. -2-
vekil 2. Magnetik alan altında, antirezonarıs frekansıyla elektron siklotron frekansı arasındaki bağıntı (3,4). n frt»«_. 1-110 MMı Switpff ;»v T" OSM.oskOfJ *nm.- ortoı - im- r~t v * hum ^^L 0-75 V 1» Tekil.5. üıstomin dıya^rami
D.'<
I O" ı 1,3=0.1mA, p=lxl0 torr I d =lma, p=lxlo torr Şekil 5a: Parklı deşarj akımlarında (I d ) ve farklı magnetik alanlarda rezonans eğri aileleri. Eğrilerde alan değerleri yukarıdan itibaren B^O, 3.571, 7.U2, 10.741, 14.285, 17.857 21.428, 24.9990auss»dur. Frekans aralığı ise 1 - HOMHz'dir.! d =loma, p=lxlo torr
I er» I I d =«lma «.3, p=5xl0 torr I,=10mA, p=5xlo ^torr i I Şekil 3b: Farklı deşarj akınlarında (I d ) ve farklı magnetik alanlarda rezonans eğri aileleri. Eğrilerde alan değerleri yukarıdan itibaren B=0, 3.571, 7.142 J. J I - - f I.-t-T«-, 14.285, 17.857, 10.741 21.428 24.999Gaus8'dur. Pre- kans aralığı ise 1-110MHz»dir,
Bas ın^ (tor v): 5 >:10~ " _9 Rısmç (torr):l:io ~ l's\ -T. e tik E (Juuss) 0 3-571 Ciklctron frekansı r G (MHz) 0 10 Deşarj -.\ır:i (ı.a ) 1^ kr'r.s: f, 34.477 37.746 r. I I 10 "'.V.z)'" 1 v - - J 3 İ54.i? 9 i 50.. ':'5 h4.1t; Je: \r A ukırra (ra)l, «! * 10 AntirczonAP^ frekansı i', (i.lis) 29.552 31.: 7.611 49.253 43.253 50.895 7.142 20 45.970 55.820 59.104 42.686 62.388 65.671 10.741 30 52.537 57.462 62*. 388 52.537 64.029 67.313 14.285 40 62.333 64,OT 3 65.671 59.104 65.671 67.313 17.857 50 70.597 73.680 78.605 68.955. 75.522 78.805 21.428 60 73.805 80.447 S5.373? 7.164 63.731 35.373 24.999 70 85.373 86.194 87.014 - \039 87.014 87.014 Tablo 6: lîagnetik alan altında, an tirezonans frekansı ile elektron sikletron frekansının değişimi.
MH 1x10 Terr ı CD I 10 20 30 40 50 60 70 ft 10 20 30 40 SO 60 70 f vekil 7 : Hia^netik alan altında, antirezonans frekans- ile elektron-siklotron frekansının değişimi ( f,: ölçülen antirezonans frekansı. f,, : elek- tren siklotron frekansı).
5. KAYNAKİAR (1) Lepechinsky B., Mess ia en A., Rolland P. (1966) C.E.A.-R 2495, 1-22. (2) Baykal A.,Sezer Z. (1980) TÜBİTAK VLL. Bilim Kongresi Tebliğleri 363-37?. (3) Uiamoto J. f Ikegami H., Takayama K. (1963) 1PPJ 15. (4) Toshihiko D.,Torao I. (1967) Journal of the Physical Society of Japan Vol. 22 I.'o. 5, 1266-1273. -9-