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Ge Xu

• In various kinds of fields such as accelerator physics, warm dense matter, high energy density physics, and inertial confinement fusion, heavy ions beam-plasma interaction plays an important role, and abundant investigations have been and are being carried out. Taking advantage of a good level of understanding on the interaction between a swift heavy ions beam and a hydrogen gas discharge plasma, an engineering application of a spherical theta-pinch device as a plasma stripper for FAIR (facility for antiproton and ion research) and a scientific application of a swift heavy ions beam as a novel plasma diagnostic tool are proposed and investigated. The spherical theta-pinch device is manufactured, improved, and comprehensively tested for its application as a plasma stripper. The device is mainly composed of an evacuated glass vessel that can be filled with gas (for example: hydrogen) and a LRC circuit including a capacitors bank and a set of coils. Discharging the device at an initial hydrogen pressure in the glass vessel and an operation voltage for the capacitors bank, a circuit current oscillates in the LRC circuit. The oscillating circuit current in the set of coils induces a corresponding alternating magnetic field inside the glass vessel to ignite and maintain a hydrogen plasma. Based on the built setup of circuit and plasma diagnostics, the measurements of circuit current, plasma light emission, plasma shape, and hydrogen Balmer series are carried out. The recorded signals of the circuit current and the plasma light emission of many consecutively repetitive discharges overlap perfectly, which indicate a very good reproducibility of the parameters of the LRC circuit during discharge and the generated plasma. From the measured circuit current, a real energy transfer efficiency is calculated by our proposed new model, which shows its overall tendency varying with the hydrogen pressure and the operation voltage, including the maximum value of 25% occurring at an initial hydrogen pressure of around 25 Pa and a maximum operation voltage of 14 kV. So, the discharge at an initial hydrogen pressure of 20 Pa and an operation voltage of 14 ...
• In vielen wissenschaftlichen Bereichen wie Beschleunigerphysik, Physik warmer dichter Materie und hoher Energiedichte und auch der Trägheitsfusion spielt die Wechselwirkung von Schwerionenstrahlen mit Plasma eine wichtige Rolle und weitreichende Untersuchungen dazu werden ausgeführt. Im Zusammenhang mit dem vorhandenen guten Verständnis der Wechselwirkungsvorgänge zwischen schnellen Schwerionenstrahlen und Wasserstoff-Entladungsplasmen wird hier sowohl die technische Anwendung einer sphärischen Thetapinch-Anlage als Plasmastripper bei FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) als auch eine wissenschaftliche Anwendung des Schwerionenstrahls als neues Methode der Plasmadiagnostik vorgeschlagen und untersucht, die auf dem Energieverlust des Schwerionenstrahls beruht. Der sphärische Thetapinch wurde aufgebaut, um ein Plasma zu erzeugen. Die Anlage besteht hauptsächlich aus einem evakuierten Glasgefäß und einem LRC-Schwingkreis. Das Glasgefäß ist kugelförmig und läuft in zwei zylindrischen Röhren aus, die sich axial 180◦ gegenüberstehen und kann mit Gas (z.B. Wasserstoff) befüllt werden. Während das Gas über zwei Gaseinlassventile ins das Gefäß strömt kann gleichzeitig auch über ein Vakuumpumpensystem abgepumpt werden, so dass sich sowohl ein kurzfristiger Druck als auch ein Gleichgewichtsdruck einstellen kann, der über eine Vakuummessröhre gemessen und überwacht wird. Durch die Einstellung des Ventils vor den Gaseinlässen kann der Gleichgewichtsdruck im Glasgefäß verändert werden und f¨ur die Experimentbedingungen angepasst und gemessen werden. Das Glasgefäß wird außen eng von einem Spulensatz umschlossen, der zusammen mit der Kondensatorbank, dem elektrischen Schalter (Thyristor-Stack) und den elektrischen Zuleitungen die Parameter des LRC-Schwingkreis definiert. In diesem LRC-Schwingkreis besitzt die Kondensatorbank eine maximal zulässige Ladespannung, während der Schalter eine eigene maximale Arbeitsspannung hat, so dass die Ladespannung der Kondensatorbank von der jeweils niedrigeren Spannung bestimmt wird. Der Entladestrom führt in diesem Schwingkreis eine gedämpfte Schwingung aus. Dieser oszillierende Strom induziert in den Spulen ein entsprechendes magnetisches Wechselfeld in dem Glasgefäß und zündet dort das Wasserstoffplasma und hält es für eine bestimmte Zeitdauer (Funktion von Gasdruck und Ladespannung) aufrecht.