Please use this identifier to cite or link to this item: https://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/52122
Title: Development of mathematical model representing dynamics of plasma generated from a plasma focus device
Other Titles: การพัฒนาแบบจำลองคณิตศาสตร์แสดงพลวัตของพลาสมาที่กำเนิดจากเครื่องพลาสมาโฟกัส
Authors: Prajya Tangjitsomboon
Advisors: Rattachat Mongkolnavin
Chiow San Wong
Other author: Chulalongkorn University. Faculty of Science
Advisor's Email: Rattachat.M@Chula.ac.th,rattachat.m@chula.ac.th
cswong@um.edu.my
Subjects: Plasma generators -- Dynamics
Dynamics
เครื่องกำเนิดพลาสมา -- พลศาสตร์
พลศาสตร์
Issue Date: 2016
Publisher: Chulalongkorn University
Abstract: Plasma Focus (PF) device is known to be used as source of radiations and particles. It also has been used for materials surface modification. This research aims to investigate the dynamics of plasma generated by a standard UNU/ICTP PF device. More detailed microscopic modeling of the dynamics is attempted, which is different and can be complimentary to the widely used Lee model code. Lee model is considered to be a macroscopic model as it assumed that plasma behave as a thin solid cylinder that moves by Lorentz force. The Lorentz force is generated by the plasma current and the induced magnetic field from the discharge current where the circuit equation is used to represent the discharge characteristic. In this research, a software package is used to simulate the dynamics of plasma microscopically using finite element method. It considers geometry of PF, material properties, electromagnetic theory, plasma theory and input current characteristic for the finite element calculation. Both simulation results are compared with experimental results, where UNU/ICTP PF is operated with variable pressure of argon gas at 1.0, 1.5 and 2.0 mbar. Current factor and mass swept factor used by Lee model are found to be between 0.36-0.67 and 0.024-0.0365 respectively. The finite element simulation gives average current factor of 0.48-0.55. It is found to be varying with time. The finite element simulation also has shown that the density and the temperature of argon gas changes as plasma is moving along the electrodes. However, it has shown that not all argon gas is swept by the plasma which correspond to the assumption of mass swept factor applied in Lee model. In addition, the finite element simulation uses plasma processes to represent the behavior of the plasma generated by PF device microscopically, which allows graphical generation of plasma starting from breakdown phase to axial phase where Lee model cannot show. It has been demonstrated that a microscopic model can generate results and characteristics of plasma that are close to actual experiment. They also agree with the results from the macroscopic model based on Lee model code.
Other Abstract: เครื่องพลาสมาโฟกัสได้นำมาใช้เป็นแหล่งกำเนิดรังสีและอนุภาคต่างๆโดยเครื่องพลาสมาสามารถประยุกต์กับการปรับปรุงพื้นผิววัสดุได้เช่นกัน ในงานวิจัยนี้ศึกษาการเคลื่อนที่หรือการพลวัตของพลาสมาที่มาจากเครื่องพลาสมาโฟกัสชนิด UNU/ICTP โดยทำการศึกษาลึกลงไปในระดับจุลภาคซึ่งต่างจากแบบจำลองที่มีการใช้อยู่ในปัจจุบันซึ่งเป็นแบบจำลองที่ได้ถูกพัฒนาตามแบบจำลองของลี โดยแบบจำลองนี้สนใจการเคลื่อนที่ของพลาสมาในระดับมหภาคโดยพิจารณาให้พลาสมาประพฤติตัวเป็นแผ่นทรงกระบอกบางที่ถูกเร่งให้เคลื่อนที่ด้วยแรงโลเรนซต์ โดยแรงดังกล่าวมาจากกระแสของพลาสมาและสนามแม่เหล็กที่ถูกเหนี่ยวนำซึ่งกระแสไฟฟ้านี้คำนวณจากสมการของวงจร ในงานวิจัยนี้ได้ใช้โปรแกรมการจำลองทางฟิสิกส์เพื่อจำลองการเคลื่อนที่ของพลาสมาในระดับจุลภาคโดยใช้วิธีการคำนวณด้วยระเบียบวิธีไฟไนต์เอเลเมนต์ ซึ่งการจำลองนี้ได้พิจารณารูปทรงของเครื่องพลาสมา สมบัติทางวัสดุที่ใช้ในเครื่องพลาสมา ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ใช้ในเครื่องชนิดนี้และทฤษฎีของพลาสมา โดยการกำเนิดพลาสมาจากการใส่กระแสไฟฟ้าเข้าไปในขั้วอิเล็กโทรดซึ่งนำไปสู่การคำนวณด้วยวิธีการไฟไนต์เอเลเมนต์ ในการคำนวณด้วยวิธีนี้นำมาเปรียบเทียบผลกับแบบจำลองของลีภายใต้การเปลี่ยนค่าความดันของแก๊สอาร์กอนที่ความดัน 1.0, 1.5 และ 2.0 มิลลิบาร์ ผลการจำลองโดยใช้แบบจำลองของลีคำนวณค่าแฟกเตอร์ของกระแสมีค่าอยู่ในช่วง 0.36-0.67 และแฟกเตอร์ของการกวาดมวลมีค่าในช่วง 0.024-0.0365 สำหรับผลการคำนวนโดยใช้โปรแกรมการจำลองฟิสิกส์ แฟกเตอร์กระแสเฉลี่ยมีค่าอยู่ระหว่าง 0.48-0.55 ซึ่งค่าแฟกเตอร์ของกระดังกล่าวเป็นฟังก์ชันกับเวลา และโปรแกรมการจำลองทางฟิสิกส์ได้แสดงค่าของอุณหภูมิและความหนาแน่นของแก๊สที่เปลี่ยนแปลงเนื่องจากการเคลื่อนที่ของพลาสมา ซึ่งแสดงให้เห็นว่าแก๊สอาร์กอนทั้งหมดไม่ได้เคลื่อนที่ไปพร้อมกับพลาสมาซึ่งสอดคล้องกับแฟกเตอร์ของการกวาดมวลตามแบบจำลองของลี ในการจำลอง ได้อธิบายกระบวนการของพลาสมาในระดับจุลภาค โดยจำลองการพลวัติตั้งแต่ช่วงเฟสแตกตัวจนกระทั่งสิ้นเฟสตามแนวแกน โดยแบบจำลองลีไม่สามารถคำนวณในช่วงการเคลื่อนที่ของพลาสมาในช่วงเฟสแตกตัว การจำลองด้วยโปรแกรมการจำลองทางฟิสิกส์แสดงให้เห็นว่าการจำลองในระดับจุลภาคสามารถแสดงถึงสมบัติของพลาสมาที่สอดคล้องกับแบบจำลองของลี
Description: Thesis (Ph.D. (Physics))--Chulalongkorn University, 2016
Degree Name: Doctor of Philosophy
Degree Level: Doctoral Degree
Degree Discipline: Physics
URI: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/52122
URI: http://doi.org/10.58837/CHULA.THE.2016.1807
metadata.dc.identifier.DOI: 10.58837/CHULA.THE.2016.1807
Type: Thesis
Appears in Collections:Sci - Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
5373812023.pdf4.87 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.