A noise-immune hardware-software complex for data acquisition and preprocessing in experiments on plasma-optical mass separation

Abstract

Results of designing the hardware-software complex ensuring automatic recording, cleaning, and approximation of signals of the energy analyzer with a retarding potential protecting from breakdowns (electron current) and voltage spikes that cannot be attributed to the studied physical process, are presented. The complex is successfully applied for corpuscular diagnostics in experiments on plasma-optical mass separation. INTRODUCTIONThe primary characteristic of particles in plasma is the ion (electron) energy distribution function, which is measured using energy analyzers of charged particles. Among them multigrid energy analyzers with the retarding potential (RFA) stand out as universal wideaperture devices with a high light-gathering power and small sizes, which are placed directly in plasma at a point where its parameters are measured.The signal from the RFA collector-retarding curve I i = φ(E i )-is differentiated for obtaining energy ion spectra: f(E) = -dI i /dU, where I i is the ion current to the collector of the RFA; E i is the ion energy; and U is the potential of the retarding grid of the RFA, which varies from the maximal value being equivalent to the maximum ion energy, to zero. The noise ("noise" of plasma, local breakdowns, and magnetic pickups) are imposed on the delay curve when operating with plasmas and plasma accelerators.Development of a universal plasma-optical mass separator [1, 2], which can be used, e.g., for dividing spent nuclear fuel into three fractions, requires that many preliminary experiments on determination of paths of separated ions should be performed. In this case, the ions have a wide energy spectrum and large angular spread, requiring applications of energy analyzers movable in the ion flux propagation space, which, in addition, should have an automatic signal recording and preprocessing system. For our purposes, the most acceptable are RFAs, for which, however, the data handling process is the most labor-consuming as compared to analyzers of

Ion activity in quasi-neutral current sheets and discharge plasma in crossed electric and magnetic fields

“…Вторая установкаэто одно-или двухступенчатый плазменный ускоритель с анодным слоем [Bardakov et al, 2014;Strokin et al, 2019a]…”

“…Временное разрешение 8-канального энергоанализатора нейтральных частиц составляло 4-160 нс. Распределения ионов по энергии на выходе УАС измерялись с помощью энергоанализатора ионов с задерживающим потенциалом (ЭЗП), работающего совместно с системой управления, регистрации и первичной обработки данных [Bardakov et al, 2015]. Величина и временной профиль электростатического потенциала в движущихся КНТС измерялись с помощью двойных плавающих электрических зондов, опорный электрод которых находился в начальной (невозмущенной) плазме.…”

“…Схема используемого в данном эксперименте двухкамерного УАС показана на рис. 3 [Bardakov et al, 2016[Bardakov et al, , 2018. Измерение функций распределения ионов по энергии проводилось трехсеточным ЭЗП на выходе из УАС.…”

“…Кривая 1токи в двух катушках, формирующих поле в УАС, одинаковые I 1 = I 2 , 2 -I 1 > I 2 острова будет уменьшаться, приводя, как в [Altyntsev et al, 1988[Altyntsev et al, , 1990 При проведении исследований в будущем для разрядов в скрещенных электрическом и магнитном полях нужно найти механизм разделения зарядов в разрядном промежутке УАС и корональной плазмеусловие формирования виртуального анода, скачок потенциала в котором будет превышать разрядное напряжение. Тогда результаты [Bardakov et al, 2016] станут понятными.…”