امروزه باریکه های یونی پرانرژی کاربردهای فراوانی در حوزه های مختلف از جمله تولید رادیوایزوتوپهای پزشکی و پردازش مواد پیدا کرده اند. یون ها را می توان توسط دستگاه هایی چون شتابدهنده های ذرات، شتابدهنده های مبتنی بر لیزر و سیستم پلاسمای کانونی به انرژی های خیلی بالایی رساند. در سیستم پلاسمای کانونی، با اعمال ولتاژهای بالای 10kev، یون های پرانرژی در محدوده انرژی 10kev تا چندین mev (چندین برابر ولتاژ اعمالی) تولید می گردند. از این لحاظ این سیستم نسبتاً کوچک و کم هزینه به عنوان یک منبع کارا برای تولید یون های پرانرژی معرفی گردیده است. با وجود اینکه فیزیک تولید و شتابدهی یون ها در پلاسمای کانونی تاکنون به طور کامل توصیف نگردیده است، تلاش های زیادی برای درک مکانیسم شتابدهی و بهینه سازی روش ها به منظور افزایش بازدهی دستگاه صورت گرفته است. یون های تولیدی در دستگاه پلاسمای کانونی تک انرژی نبوده و طیف وسیعی از انرژی ها را شامل می شوند. از طرف دیگر این یون ها به صورت ناهمسانگرد گسیل می شوند. روش های مختلفی برای تعیین این ویژگی ها در دستگاه های مختلف به کارگرفته شده اند. فنجان فارادی به عنوان یک ابزار مناسب جهت تعیین انرژی و توزیع فضایی یون های گسیلی مورد توجه قرار گرفته است. هر چند که طراحی فنجان فارادی ساده بوده و ساخت آن کم هزینه می باشد، با این وجود بکارگیری آن در پلاسمای کانونی با چند مشکل عمده همراه است که از جمله می توان به حضور پارازیت ناشی از وجود میدان های الکترومغناطیسی در ناحیه تنگش، تولید الکترون های ثانوی به هنگام برخورد یون های پرانرژی با سطح فلزی الکترود جمع کننده ی یون و تأثیر حضور رساناهای واقع در نزدیکی مسیر یون ها بر روی سیگنال مشاهده شده اشاره نمود. در این رساله، ابتدا فنجان فارادی مناسب برای به حداقل رساندن خطاهای مربوط به دو مورد اول طراحی و ساخته شده است. با استفاده از نرم افزار cst، تعداد الکترون های تولید شده ناشی از برخورد یون ها بر سطح الکترود داخلی و تعداد الکترون های خارج شده از داخل فنجان مورد ارزیابی قرار گرفته و بهینه ابعاد برای الکترود داخلی جهت جلوگیری از فرار الکترون های ثانویه و در نتیجه کاهش اثرات آنها بر روی سیگنال های آشکار شده، تعیین گردیده است. با بررسی نظری اثر حضور رسانا در اطراف پرتو یونی، بهینه فاصله بین فنجان فارادی و چشمه چنان تعیین گردید که این اثر را به حداقل برساند و در نتیجه قابل چشم پوشی باشد. با بکارگیری فنجان طراحی شده بر روی محور دستگاه سهند، طیف انرژی یون های آرگون به روش زمان پرواز برای فشارهای کاری و انرژی بانک خازنی مختلف اندازه گیری شده و نسبت به تأثیر گاز زمینه تصحیح گردیده است. برای تعیین ناهمسانگردی و توزیع زاویه ای یون های گسیلی از ناحیه تنگش در دستگاه سهند، تعدادی فنجان مشابه ساخته شده و در زوایای مختلف نسبت به محور دستگاه در فواصل یکسان از آند نصب گردیدند. نشان داده شده است که شار یونی اندازه گیری شده در برخی زوایا بیشتر بوده و توزیع زاویه ای یک مقدار کمینه ای در راستای محور دستگاه نشان می دهد. تحلیل گردیده است که این نتیجه می تواند موید یک مکانسیم شتابدهی تحت عنوان سورفاترون برای یون ها باشد. جهت امکان سنجی تولید رادیوایزوتوپ کوتاه عمر n13 با استفاده از واکنش 12c(p,y)13n و مکانسیم باریکه هدف، از گاز متان به عنوان گاز کاری و یک هدف کربنی جامد واقع در فاصله معینی از تنگش جهت فعال سازی توسط پروتون های تولیدی از متان استفاده گردیده و نشان داده شده است که تنگش مناسبی جهت تولید پروتون های پرانرژی و شار و انرژی مناسب برای فعال سازی ایجاد نمی گردد. همچنین به علت عدم امکان تکرار شات ها با فرکانس بالا در دستگاه سهند، با شرایط بکارگرفته شده در این آزمایش امکان تولید ایزوتوپ نیتروژن 13 وجود ندارد.

طیف سنج های بلوری ابزارهای با اهمیتی هستند که برای تفکیک طیفی و فضایی طول موج های نزدیک به هم بکار می روند به طوری که بلور استفاده شده در آن نقش توری پراکننده را ایفا می کند. طیف سنج های بلوری به طور گسترده ، در بررسی های طیفی اشعه ایکس استفاده می شوند و این بررسی ها جهت کسب اطلاعاتی درباره خواص مختلف پلاسما از قبیل توزیع درجه یونیزاسیون ، فراوانی یونی ، دماهای پرتوهای الکترونی و یونی ، میدان های الکترومغناطیسی و قطبش خطوط اشعه ایکس استفاده می شوند. با استفاده از طیف سنج تصویر بردار ، ما قادر به اندازه گیری شدت طیفی و از این رو قادر به اندازه گیری توزیع فضایی دما و چگالی الکترون هستیم . طیف سنج های بلوری محدب قادر به ثبت همزمان توزیع طیفی در یک گستره وسیع می باشند . بنابراین ، ابزارهای مناسبی برای آنالیز طیفی اشعه ایکس پالسی می باشند . دستگاه pf به عنوان منبع اشعه ایکس پالسی هست بنابراین در رسیدن به طراحی و ساخت یک طیف سنج بلوری محدب برای استفاده در پلاسما فوکوس سهند تبریز به کار می رود. در پایان نامه نخست به طور خلاصه ویژگی های طیف سنج های بلوری مقعر و محدبی که قبلا مطالعه شده اند مورد مطالعه قرار دادیم سپس طیف سنج های بلوری محدب را با جزئیات بیشتر بررسی نموده و روابط مربوط به موقعیت خطوط طیفی و همچنین خواص پراکندگی این نوع طیف سنج ها را بدست آوردیم و حل عددی روابط ما را قادر به طراحی یک طیف سنج مناسب کرد . نهایتا جنبه های هندسی طراحی و ساخته شده طیف سنج محدب آورده شده است. داده های تجربی و تئوری برای طیف یون های آرگون قابل ثبت و بررسی توسط این طیف سنج جدول بندی شده اند. طیف سنج ساخته شده جهت بررسی کارکرد آن در چشمه اشعه ایکس آزمایشگاه فیزیک جدید دانشکده فیزیک دانشگاه تبریز (مدل phywe ) به کار گرفته شد که طیف نوعی ثبت شده در فیلم عکاسی به همراه نمایه ای از طیف و همچنین طیف انتگرال گیری شده فضایی آن آورده شده اند. در خاتمه بخش مربوط به نتیجه گیری و پیشنهادات ارائه گردیده است.

عملکرد حالت پایای توکامک مستلزم تولید جریان غیر القایی در محصورسازی مغناطیسی است. خاصیت چنبره ای توکامک سبب تولید جریانی موازی در راستای میدان مغناطیسی می شود . سهمی از این جریان موازی ناشی از خمیدگی خطوط میدان مغناطیسی است . و سهم دیگر ناشی از گرادیان شعاعی فشار الکترون ها می باشد که به آن جریان خود راه انداز می گویند. این جریان در یک رژیم غیر برخوردی (موزی) سهم قابل توجهی از جریان کل پلاسما را به خود اختصاص می دهد. مدل بدون برخورد هیرشمان که فقط در سیستم های دو گونه ای پلاسما (الکترون ها و یک تک یون) و برای همه ی نسبت های ظاهری و در رژیم های کم برخورد معتبر است، یک انتخاب خوب برای بدست آوردن یک برآورد سریع از جریان خود راه انداز در دستگاه های بزرگ با برخورد کم است. مدل هیرشمان از آنجایی که از معادلات جنبشی برای بدست آوردن جریان استفاده می کند، نسبت به مدل گام اتفاقی مدل دقیق تری است و وابستگی ملموس تری نسبت به مدل گام اتفاقی به دما و چگالی دارد. نمودار جریان خود راه انداز را بر حسب شعاع نرمالیزه شده برای هر دو مدل گام اتفاقی و مدل هیرشمان رسم می کنیم.

در دهه ی اخیر پلاسما از نوع تخلیه الکتریکی کاربردهای زیادی را در عرصه های صنعت، محیط زیست و پزشکی پیدا نموده و در نتیجه جایگاه خاصی را در تحقیقات فیزیک پلاسما به خود اختصاص داده است. سوزن پلاسمایی یک نمونه از سیستم های پلاسمایی است که به منظور استفاده های پزشکی طراحی، ساخته و مورد مطالعه قرار می گیرد. پلاسمای تولید شده در این سیستم غیر حرارتی بوده ودر فشار اتمسفری کار می کند. این سیستم به عنوان کاندیدای خوبی برای کاربردهای متفاوتی در استریلیزه کردن وسایل پزشکی ، ایجاد اصلاح سلولی، عصب کشی در دندان پزشکی وجراحی های حساس در نظر گرفته شده است. مهمترین خصوصیت پلاسمای غیرحرارتی در فشار اتمسفری، دمای پایین (تقریبا دمای هوای) آن است که از بسیاری از آسیب های ناشی از سوختگی و تخریب سلول های سالم جلوگیری می نماید. ذرات واکنش پذیر، یون ها و اشعه ی فرابنفش از مهمترین عوامل استریلیزه کننده در پلاسمای غیرحرارتی در فشار اتمسفری مطرح هستند. جهت بهینه سازی چنین وسیله ای و آماده سازی آن لازم است که پارامتر های مختلف سوزن پلاسمایی مورد مطالعه ی تجربی قرار گیرند. در این پروژه ابتدا سوزن های پلاسمایی گزارش گردیده قبلی مورد بررسی قرار گرفته و نمونه هایی از آن ها ساخته شده و مورد مطالعه قرار گرفته و مزایا و معایب آنها مورد ارزیابی قرار گرفت. چند طراحی در این خصوص انجام گرفته و ساخته شدند. نمونه های ساخته شده (برای اولین بار) آماده ی کار با منبع با فرکانس چند کیلوهرتز گردیدند. نمونه های ساخته شده در جریان گاز خیلی پایین قادر به کار و تولید پلاسمای سوزنی پایدار هستند. اثرات طول سوزن، طول نوک سوزن، قطر لوله شیشه ای حامل گاز و طول آن در شعله سوزن بررسی گردید. سرانجام اثر تابش دهی با پلاسما بر روی دندان و تغییر دمای دندان برای فواصل مکانی و زمانی مختلف اندازه گیری شد. بررسی ها نشان داد که تابش پلاسما بر روی دندان باعث به وجود آمدن تغییراتی روی سطح آن شده است. همچنین با افزایش فاصله پلاسمای تابشی از دندان، دما بر روی سطح آن کاهش می یابد.