Studies on Х-ray and neutron emission from 2.2 kJ plasma focus device
Plasma focus (PF) is a rich source of pulse X-ray and neutron emission. The measurement and analysis of X-ray and neutron emission from a 2.2 kJ PF device has been carried out using photo multiplier tube (PMT), PIN diode, pinhole camera, vacuum photodiode (VPD) and neutron bubble dosimeter. The soft...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Datum: | 2013 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2013
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/109270 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Studies on Х-ray and neutron emission from 2.2 kJ plasma focus device / N. Talukdar, T.K. Borthakur, N.K. Neog // Вопросы атомной науки и техники. — 2013. — № 1. — С. 125-127. — Бібліогр.: 14 назв. — англ. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859878440978612224 |
|---|---|
| author | Talukdar, N. Borthakur, T.K. Neog, N.K. |
| author_facet | Talukdar, N. Borthakur, T.K. Neog, N.K. |
| citation_txt | Studies on Х-ray and neutron emission from 2.2 kJ plasma focus device / N. Talukdar, T.K. Borthakur, N.K. Neog // Вопросы атомной науки и техники. — 2013. — № 1. — С. 125-127. — Бібліогр.: 14 назв. — англ. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Plasma focus (PF) is a rich source of pulse X-ray and neutron emission. The measurement and analysis of X-ray and neutron emission from a 2.2 kJ PF device has been carried out using photo multiplier tube (PMT), PIN diode, pinhole camera, vacuum photodiode (VPD) and neutron bubble dosimeter. The soft X-rays are more or less emitted in multiple pulses. Hot spots are found to be present in the X-ray emitting zones of pinched plasma column. The neutron emissions are more in numbers as well as more energetic in axial direction as compared to the radial one. The neutron’s anisotropic emission may be influenced by beam- target mechanism.
Плазменный фокус (ПФ) является источником импульсов рентгеновского и нейтронного излучениий. Были проведены измерения и анализ рентгеновского и нейтронного излучений из 2.2 кДж плазменного фокуса с использованием фотоумножителя (ФЭУ), PIN-диодов, камеры-обскуры, вакуумного фотодиода и пузырькового дозиметра нейтронов. Мягкое рентгеновское излучение более или менее наблюдается в импульсах со сложной структурой. Горячие точки были обнаружены в зонах рентгеновского излучения в сжимающемся плазменном шнуре. Нейтронное излучение в разы больше и энергетичнее в осевом направлении по сравнению с радиальным. Анизотропноe нейтронное излучение может зависеть от механизма взаимодействия пучка с мишенью.
Плазмовий фокус (ПФ) є джерелом імпульсів рентгенівського і нейтронного випромінювань. Були проведені вимірювання і аналіз рентгенівського і нейтронного випромінювань з 2.2 кДж плазмового фокуса з використанням фотопомножувача (ФЕП), PIN-діодів, камери-обскури, вакуумного фотодіода і бульбашкового дозиметру нейтронів. М'яке рентгенівське випромінювання більш-менш спостерігається в імпульсах зі складною структурою. Гарячі точки були виявлені в зонах рентгенівського випромінювання, що стискаються в плазмовому шнурі. Нейтронне випромінювання в рази більше і енергетичніше в осьовому напрямку в порівнянні з радіальним. Анізотропнe нейтронне випромінювання може залежати від механізму взаємодії пучка з мішенню.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:52:23Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2013. №1(83) 125
STUDIES ON X-RAY AND NEUTRON EMISSION FROM 2.2 KJ PLASMA
FOCUS DEVICE
N. Talukdar, T.K. Borthakur, N.K. Neog
Centre of Plasma Physics-Institute for Plasma Research,
Nazirakhat, Sonapur, Assam, Pin-782402
E-mail: tkborthakur@yahoo.co.uk
Plasma focus (PF) is a rich source of pulse X-ray and neutron emission. The measurement and analysis of X-ray
and neutron emission from a 2.2 kJ PF device has been carried out using photo multiplier tube (PMT), PIN diode,
pinhole camera, vacuum photodiode (VPD) and neutron bubble dosimeter. The soft X-rays are more or less emitted
in multiple pulses. Hot spots are found to be present in the X-ray emitting zones of pinched plasma column. The
neutron emissions are more in numbers as well as more energetic in axial direction as compared to the radial one.
The neutron’s anisotropic emission may be influenced by beam- target mechanism.
PACS: 52.59.Hq
INTRODUCTION
Plasma focus has been able to draw the attention of
researchers as source of various emissions since its
inception. The plasma produced in the device offers the
researchers an avenue to study the wide range of
phenomena like instability generation [1,2], turbulence
formation [3], electromagnetic and energetic particle
emission in highly dense transient pinched plasma.
Thus, the pinched plasma produced in plasma focus
device has found wide varieties of applications as
source of X-rays, neutrons, ions, electrons [4,5] and
researchers are attempting to miniaturize the device day
by day so as to make it more compact and handy [6]. On
the other hand, Lee et al. [7] used the PF as a tool to
demonstrate plasma phenomena to the masters’
students. In addition to this the basic studies on the
pinch formation and its emission process is also going
on simultaneously [8]. We have attempted to carry out a
study on the behaviour of X-ray and neutron emissions
in our PF device.
1. EXPERIMENTAL SET UP
The experiment was carried out in a 2.2 kJ Mather
type PF device, which consists of a coaxial electrode
assembly. The schematic of the experimental system is
shown in Fig. 1. The system was energized by a high
voltage energy storage capacitor (7.1 μF, 40 kV). The
detailed electrical and mechanical parameters of the
device are reported elsewhere in [9]. The whole
electrode assembly was housed inside an SS vacuum
chamber having approximate volume of 6 liters. The
chamber is filled with deuterium gas and evacuated up
to desired pressure level by using a rotary pump. The
chamber pressure was monitored using a McLeod
gauge. In the present experiment, we have employed
VPD, PIN diode (BPX-65) to record time resolved soft
X-ray signal in digital storage oscilloscope [ DL 9240 of
Yokogawa]. The soft X-ray image of the plasma column
was recorded in film [Dental X-ray film] using pinhole
camera. To measure hard X-ray and neutrons, we have
employed plastic scintillator (RP400) combined PMT
[9813QB of Electron Tube Inc.] and bubble dosimeter
(BD-PND) in axial and radial position of PF.
Fig. 1. Schematic of PF device with diagnostics
2. RESULTS AND DISCUSSION
The optimized operating pressure for soft X-ray
emission is found to be 1 Torr. The time resolved soft
X-ray pulses were detected by using PIN diodes with
the corresponding dI/dt signal of Rogowski coil
(Fig. 2,a). It is seen that the X-ray pulses are emitting
just at the moment of maximum compression (dip in the
dI/dt signal) as it is found that the dI/dt and peak of the
X-ray signal matches each other and its duration is
comparable to the lifetime of the dI/dt dip. This type of
X-ray pulse is emitted by the Bremsstrahlung radiation
of electrons in the strongly compressed plasma column.
In few PF shots, the soft X-ray emission comes out in
multiple pulses (Fig. 2,b). The intensity of second and
third pulse is always lower than the first pulse. The
second and third X-ray pulses might be generated by a
recompressed plasma [10] or hot spots forming after the
first compression.
126 ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2013. №1(83)
8 0 0 ,0 n 1 ,2 µ 1 ,6 µ 2 ,0 µ
-4
0
4 P in d io d e s ig n a l w ith
8 μ A l f ilte r
T im e (s )
A
m
pl
itu
de
(a
.u
.)
-4
0
4
d I /d t s ig n a l
a
800 ,0n 1 ,2µ 1 ,6µ 2 ,0µ 2 ,4 µ 2 ,8 µ
-6
0
6
12
18
T im e (s )
P IN d io d e s ig n a l w ith
1 2 μ A l f ilte r
-6
0
6
12
18
A
m
pl
itu
de
(a
.u
.)
P IN d io d e s ig n a l w ith
8 μ A l f ilte r
-4
0
4
d I/d t sig n a l
b
Fig. 2. Typical X-ray signal with dI/dt signal detected
by by using PIN diode (a) soft X-ray single pulse (b) soft
X-ray multiple pulses
500,0n 1 ,0µ 1 ,5µ 2 ,0µ 2 ,5µ 3 ,0 µ 3 ,5µ 4 ,0µ
0
4
8
12
16
V P D sig n a l w ith
5 μ B e f ilter
T im e (s)
A
m
pl
itu
de
(a
.u
.)
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
d I/d t s ig n a l
Fig. 3. Typical VPD signal with dI/dt signal
The electron temperature of the pinched plasma can
be measured using intensity ratio technique of two PIN
diode channels. In our case we used two PIN diode of
DXS with 8 and 12 μm Al filters and averaged for X-
ray signals of five different PF shots. The estimated
electron temperature is found to be 1.25 keV.
One can even use a suitably designed VPD to see the
temporal evolution of soft X-ray emission from PF
device [Fig. 3]. The VPD is a simple, cost effective and
robust diagnostics and we have already used it to
measure average energy soft X-ray emitting pulse [11].
The VPD signal shown in the figure [Fig. 3] is
comparable to PIN diode signals (see Fig. 2,a).
Fig. 4. Image of pinched column of PF device (a)
hotspots formation (b) m=0 instability
The size and shape of the pinched plasma column
were determined from the pinhole camera image. The
typical length and diameter of pinched plasma column is
found to be around 10 mm and 2 mm respectively. Hot
spots are regularly observed in the compressed plasma
column (Fig. 4) and in some cases the hot spots are
found to be formed in a region not surrounded by
plasma (see Fig. 4,a). Hot spots formation is a regular
phenomenon in PF [12] and even the distant hotspots
forming away from plasma is also not new [13]. These
distant hot spots may be formed due to interaction of
trapped ions in the magnetic field with the rarefied
plasma away from main compressed region. It is
established that the breaking of pinched column mainly
started due to necking in the column (m = 0 type
instability) (see Fig. 4,b).
400,0n 800,0n 1,2µ 1,6µ 2,0µ 2,4µ 2,8µ
-4
0
4
R a d ia l p o stio n
N eu tro n p ea kH X R p ea k
T im e (s )
-4
0
4
A x ia l p o stio n
N eu tro n p ea kH X R p ea k
A
m
pl
itu
de
(a
.u
.)
-4
0
4
d I/d t sig n a l
Fig. 5. Typical Hard X-ray and neutron signal with
dI/dt signal
The temporal evolution of neutron emissions is
observed putting two PMTs combined with scintilator
[RP400] at distance 2 m away from the plasma column in
axial and radial direction of the source. It is observed that
the axial neutron pulse is coming out earlier [110 ns] than
its radial counterpart [120 ns] (Fig. 5). This suggests that
the axial neutrons are having more kinetic energy as
compared to the radial one. Similarly numbers of neutron
emitting in the axial direction are found to be more as
compared to the radial one as the arbitrary intensity of axial
neutron pulse found to be higher than the radial counterpart
in same experimental condition (see Fig. 5). This is further
a b
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2013. №1(83) 127
confirmed from bubble dosimeter as we have observed
more numbers of bubble formations in the dosimeter [BD-
PND] in the axial direction as compared to the radial
direction. The details of our neutron studies will be
reported later. However the present results are sufficient to
indicate that some agent is responsible to increase the
energy and numbers of neutron in the axial direction. This
suggests that the mechanism like beam-target interaction
might have active role in the PF neutron [14] generation in
our case also.
CONCLUSIONS
The present work is part of our continuous effort to
understand X-ray and neutron emission from PF device.
Here we have presented few diagnostics for X-ray and
neutron emission from PF and attempted to explain the
generation of multiple X- pulses and hot spot formation.
There is further scope to carryout these studies with
theoretical work and to find out the possible correlation
X-ray pulses and hot spots formation with
corresponding neutron emission.
REFERENCES
1. FF. Chen. Plasma physics and control
Fusion / Plenum Press, New York, 1974.
2. N. J. Peacock, P.D. Wilcock, R.J. Seer and
P.D. Morgan // Proc. 3rd Int. Conf. Plasma Phys. Contr.
Nucl. Fusion Research, Novosibirsh. 1968, v. 2, p. 51.
3. K. Hirano and T. Yamamoto // Phys. Fluids. 1988,
v. 31, p. 2710.
4. M. Zakaullah, I. Ahmad, M. Shafique, G. Murtaza,
M. Yasin, M.M. Beg. Phys. Scr. 1998, v. 57, p. 136.
5. N.K. Neog, S.R. Mohanty and T.K. Borthakur //
Phys. Lett. 2008, v. 372, p. 2294.
6. P. Silva, J. Moreno, L. Soto, L Birstein, R.E. Mayer
and W. Kies // Appl. Phys. Lett. 2003, v. 833, p. 269.
7. S. Lee, T.V. Tou, S.P. Moo, M.A. Eissa,
A.V. Gholap, K.H. Kwek, S. Mulyodrone, A.J. Smith,
S.W. Usada and M. Zakaullah // Am. J. Phys. 1988,
v. 56, p. 62.
8. M. Zakaullah, I. Ahmad, A. Omar, G. Murtaza and
M.M. Beg // Plasma Sources Sci. Technol. 1996, v. 5,
p. 544.
9. H. Bhuyan, S.R. Mohanty, N.K. Neog, S. Bujarbarua
and R.K. Rout // J. Appl. Phys. 2004, v. 95, p. 2975.
10. J.W. Mather. Methods of Experimental Physics. New
York Academic. 1971, 9B, Ch. 15, p. 187.
11. T.K. Borthakur, N. Talukdar, N.K. Neog,
C.V.S. Rao and A. Shyam // Rev. Sci. Instrum. 2011,
v. 82, p. 103507.
12. M. Favre, P. Silva, P. Choi, H. Chuaqui,
C. Dumitrescu-Zoita and E.S. Wyndham // IEEE Trans.
Plasma Sci. 1998, v. 26, p. 1154.
13. K. Hirano, Y. Takahama, M. Han and
T. Yanagidaria // J. Phy. Soc. Jpn. 1994, v. 63, p. 3657.
14. F. Castillo, M. Milanese, R. Moroso and J. Pouzo //
J. Phys. D: Appl. Phys. 2000, v. 33, p. 141.
Article received 20.10.12
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕНТГЕНОВСКОГО И НЕЙТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ИЗ 2,2 кДж
ПЛАЗМЕННОГО ФОКУСА
N. Talukdar, T.K. Borthakur, N.K. Neog
Плазменный фокус (ПФ) является источником импульсов рентгеновского и нейтронного излучениий.
Были проведены измерения и анализ рентгеновского и нейтронного излучений из 2.2 кДж плазменного
фокуса с использованием фотоумножителя (ФЭУ), PIN-диодов, камеры-обскуры, вакуумного фотодиода и
пузырькового дозиметра нейтронов. Мягкое рентгеновское излучение более или менее наблюдается в
импульсах со сложной структурой. Горячие точки были обнаружены в зонах рентгеновского излучения в
сжимающемся плазменном шнуре. Нейтронное излучение в разы больше и энергетичнее в осевом
направлении по сравнению с радиальным. Анизотропноe нейтронное излучение может зависеть от
механизма взаимодействия пучка с мишенью.
ДОСЛІДЖЕННЯ РЕНТГЕНІВСЬКОГО І НЕЙТРОННОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ З 2,2 кДж
ПЛАЗМОВОГО ФОКУСА
N. Talukdar, T.K. Borthakur, N.K. Neog
Плазмовий фокус (ПФ) є джерелом імпульсів рентгенівського і нейтронного випромінювань. Були
проведені вимірювання і аналіз рентгенівського і нейтронного випромінювань з 2.2 кДж плазмового фокуса
з використанням фотопомножувача (ФЕП), PIN-діодів, камери-обскури, вакуумного фотодіода і
бульбашкового дозиметру нейтронів. М'яке рентгенівське випромінювання більш-менш спостерігається в
імпульсах зі складною структурою. Гарячі точки були виявлені в зонах рентгенівського випромінювання,
що стискаються в плазмовому шнурі. Нейтронне випромінювання в рази більше і енергетичніше в осьовому
напрямку в порівнянні з радіальним. Анізотропнe нейтронне випромінювання може залежати від механізму
взаємодії пучка з мішенню.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-109270 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-07T15:52:23Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Talukdar, N. Borthakur, T.K. Neog, N.K. 2016-11-22T11:02:35Z 2016-11-22T11:02:35Z 2013 2013 Studies on Х-ray and neutron emission from 2.2 kJ plasma focus device / N. Talukdar, T.K. Borthakur, N.K. Neog // Вопросы атомной науки и техники. — 2013. — № 1. — С. 125-127. — Бібліогр.: 14 назв. — англ. 1562-6016 PACS: 52.59.Hq https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/109270 Plasma focus (PF) is a rich source of pulse X-ray and neutron emission. The measurement and analysis of X-ray and neutron emission from a 2.2 kJ PF device has been carried out using photo multiplier tube (PMT), PIN diode, pinhole camera, vacuum photodiode (VPD) and neutron bubble dosimeter. The soft X-rays are more or less emitted in multiple pulses. Hot spots are found to be present in the X-ray emitting zones of pinched plasma column. The neutron emissions are more in numbers as well as more energetic in axial direction as compared to the radial one. The neutron’s anisotropic emission may be influenced by beam- target mechanism. Плазменный фокус (ПФ) является источником импульсов рентгеновского и нейтронного излучениий. Были проведены измерения и анализ рентгеновского и нейтронного излучений из 2.2 кДж плазменного фокуса с использованием фотоумножителя (ФЭУ), PIN-диодов, камеры-обскуры, вакуумного фотодиода и пузырькового дозиметра нейтронов. Мягкое рентгеновское излучение более или менее наблюдается в импульсах со сложной структурой. Горячие точки были обнаружены в зонах рентгеновского излучения в сжимающемся плазменном шнуре. Нейтронное излучение в разы больше и энергетичнее в осевом направлении по сравнению с радиальным. Анизотропноe нейтронное излучение может зависеть от механизма взаимодействия пучка с мишенью. Плазмовий фокус (ПФ) є джерелом імпульсів рентгенівського і нейтронного випромінювань. Були проведені вимірювання і аналіз рентгенівського і нейтронного випромінювань з 2.2 кДж плазмового фокуса з використанням фотопомножувача (ФЕП), PIN-діодів, камери-обскури, вакуумного фотодіода і бульбашкового дозиметру нейтронів. М'яке рентгенівське випромінювання більш-менш спостерігається в імпульсах зі складною структурою. Гарячі точки були виявлені в зонах рентгенівського випромінювання, що стискаються в плазмовому шнурі. Нейтронне випромінювання в рази більше і енергетичніше в осьовому напрямку в порівнянні з радіальним. Анізотропнe нейтронне випромінювання може залежати від механізму взаємодії пучка з мішенню. en Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Динамика плазмы и взаимодействие плазма-стенка Studies on Х-ray and neutron emission from 2.2 kJ plasma focus device Исследование рентгеновского и нейтронного излучения из 2,2 кДж плазменного фокуса Дослідження рентгенівського і нейтронного випромінювання з 2,2 кДж плазмового фокуса Article published earlier |
| spellingShingle | Studies on Х-ray and neutron emission from 2.2 kJ plasma focus device Talukdar, N. Borthakur, T.K. Neog, N.K. Динамика плазмы и взаимодействие плазма-стенка |
| title | Studies on Х-ray and neutron emission from 2.2 kJ plasma focus device |
| title_alt | Исследование рентгеновского и нейтронного излучения из 2,2 кДж плазменного фокуса Дослідження рентгенівського і нейтронного випромінювання з 2,2 кДж плазмового фокуса |
| title_full | Studies on Х-ray and neutron emission from 2.2 kJ plasma focus device |
| title_fullStr | Studies on Х-ray and neutron emission from 2.2 kJ plasma focus device |
| title_full_unstemmed | Studies on Х-ray and neutron emission from 2.2 kJ plasma focus device |
| title_short | Studies on Х-ray and neutron emission from 2.2 kJ plasma focus device |
| title_sort | studies on х-ray and neutron emission from 2.2 kj plasma focus device |
| topic | Динамика плазмы и взаимодействие плазма-стенка |
| topic_facet | Динамика плазмы и взаимодействие плазма-стенка |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/109270 |
| work_keys_str_mv | AT talukdarn studiesonhrayandneutronemissionfrom22kjplasmafocusdevice AT borthakurtk studiesonhrayandneutronemissionfrom22kjplasmafocusdevice AT neognk studiesonhrayandneutronemissionfrom22kjplasmafocusdevice AT talukdarn issledovanierentgenovskogoineitronnogoizlučeniâiz22kdžplazmennogofokusa AT borthakurtk issledovanierentgenovskogoineitronnogoizlučeniâiz22kdžplazmennogofokusa AT neognk issledovanierentgenovskogoineitronnogoizlučeniâiz22kdžplazmennogofokusa AT talukdarn doslídžennârentgenívsʹkogoíneitronnogovipromínûvannâz22kdžplazmovogofokusa AT borthakurtk doslídžennârentgenívsʹkogoíneitronnogovipromínûvannâz22kdžplazmovogofokusa AT neognk doslídžennârentgenívsʹkogoíneitronnogovipromínûvannâz22kdžplazmovogofokusa |