در این مقاله پلاسمای چشمه یونی کوچک مقیاس تشدید سیکلوترونی الکترون آهنربا دائم با فرکانس 45/2 گیگاهرتز شبیه سازی و بررسی شده است. این چشمه با محفظه پلاسما به شعاع 50 میلی متر، طول 50 میلی متر و بیشینه توان ورودی 1 کیلووات، مولد جریان باریکه پروتونی 10 میلی آمپر با انرژی 50 کیلوولت است. به دلیل ابعاد کوچک مقیاس محفظه و طول موج بلند میکروموج (mm 4/122= ˳λ) تزریق شده در این چشمه، انتشار و انتقال میکروموج به داخل محفظه در شرایط عادی امکان پذیر نمی باشد. برای انتقال توان میکروموج به داخل محفظه و تشکیل پلاسما، دی الکتریک با جنس آلومینا با ضریب گذردهی نسبی 9 در ورودی محفظه استفاده شده است. این مقاله، به طراحی و شبیه سازی خط انتقال و جفت شدگی میکروموج به محفظه چشمه یونی کوچک مقیاس پرداخته است. در این راستا، شدت میدان مغناطیسی پیچه ها، میدان الکتریکی میکروموج و تحولات زمانی و مکانی کمیت های مهم هم چون، چگالی توان جذبی، لایه تشدید هیبرید بالا، چگالی و دمای الکترونی در زمان های اولیه تزریق میکروموج به داخل چشمه یونی پلاسما مورد ارزیابی قرار گرفته است.

در این کار، ابتدا یک پلاسمای میکروموج آرگون با فرکانس 45/2 گیگا هرتز در فشار پایین به صورت تجربی به دست می آید. سپس سعی می شود مشخصات پلاسمای تشکیل شده (دما و چگالی الکترون ها) در حضور و بدون حضور میدان مغناطیسی با استفاده از بیناب نمایی نشر نوری محاسبه و مقایسه شود. از آهنربا­های دایمی جهت محصورسازی پلاسما و تأمین میدان مغناطیسی در مکانیزم تشدید سیکلوترونی الکترونی استفاده شده و به کمک شبیه­سازی، چیدمان مناسب آهن رباها برای تولید میدان مغناطیسی مورد نظر به دست می آید. در ادامه با استفاده از مد­ل­های فیزیکی مربوطه، دما و چگالی الکترون ها محاسبه می شود. نتایج به دست آمده نشان می دهد میدان مغناطیسی اثر قابل توجه روی مشخصات پلاسما داشته و حدود 125 درصد افزایش دما و 200 درصد افزایش چگالی الکترون­ها را در پی دارد. هم چنین نشان داده می­شود طبق انتظار با کاهش فشار، دمای الکترون­ها افزایش و چگالی آن ها کاهش می­یابد که این، صحت آزمایش و نتایج به دست آمده را تأیید می­کند.

در این مقاله اندازه گیری مشخصات پلاسما به روش ECE مورد مطالعه قرار گرفته و با استفاده از آن پروفیل دمای الکترون ها در سطح مقطع پلاسمای توکامک IR-T1 اندازه گیری شده است. در این اندازه گیری برای سنجش تابش های سیکلوترونی گسیل شده از پلاسما از یک طیف سنج پنج کاناله هترودین با قدرت تفکیک زمانی بالا استفاده شده و نتایج به دست آمده برای نمایش پروفیل دما در سطح مقطع پلاسما مورد استفاده قرار گرفته است. همچنین تغییرات این پروفیل بر حسب زمان نیز اندازه گیری و معرفی شده است.

تشدید سیکلوترونی آشکار شده نوری یکی از تکنیک های بسیار حساس (دقیق) برای اندازه گیری جرم های موثر نیمه هادی ها در فرکانس های موج کوتاه است. این تکنیک مزایای بسیار زیادی نسبت به روش های مرسوم اندازه گیری تشدید سیکلوترونی دارد.شرط لازم برای تشدید سیکلوترونی آن است کهτ>>1 ωc باشد که در آن، ωc فرکانس سیکلوترونی τ زمان پراکنش می باشد.کار جاری، این تکنیک را برای فرکانس های مادون قرمز دور که در آن به طور برجسته از مقادیر بسیار بزرگ تر ωcτ مربوط به فرکانس های بالاتر استفاده شده، توسعه می دهد. در این مقاله، ابتدا زمینه ای صریح از تئوری مربوطه داده خواهد شد و پس از آن، نتایج حاصل از بلور GaAs که به روش MBE رشد داده شده، بحث خواهد شد.

یکی از راههای گرم کردن پلاسمای محصور شده به روش مغناطیسی، تابانیدن امواج رادیویی در بازه میکروموج به داخل پلاسما با فرکانسی برابر فرکانس پلاسما (wRF=wp) است. امروزه گرم کردن پلاسمای همجوشی با چگالی بالا از طریق تشدید سیکلوترونی الکترون (ECRH) توسط امواج برنشتاین الکترونی (EBWs) مورد توجه قرار گرفته است. کاربرد امواج الکترومغناطیسی عادی (O-mode) و فراعادی (X-mode) در این زمینه به wp£wc محدود می شود (wc فرکانس زاویه ای سیکلوترونی الکترون است) چرا که به مرکز پلاسما دست نمی یابند و بنابراین پاسخگوی پلاسماهای خیلی چگال که در مرکز پلاسما وجود دارد (wp>>wc) نیستند. اما این محدودیت توسط جفت کردن مد عادی با مد فراعادی که در نهایت به یک موج برنشتاین الکترونی واگردانیده می شود، برداشته شده است. مساله مهم در فرآیند واگردانی مد، محاسبه ضریب واگردانی مد بهینه است که به شدت نسبت به چگالی حساس می باشد. این حساسیت خود را در پارامتر بادن (h) و مقیاس طول چگالی (Ln) در لایه تشدیدی دورگه بالا (UHR) نشان می دهد. از این رو انتخاب مقیاس طول چگالی مناسب اهمیت ویژه ای در بازدهی واگردانی مد دارد. با انجام محاسبات برای توکامک MAST با میدان مغناطیسی 0.475T در مرکز پلاسما واگردانی مد بهینه را در Ln=4.94cm(~%72.5) به دست آوردیم، که به معنای لزوم تنظیم ویژگیهای فنی دستگاه برای این مقیاس طول چگالی است.