Часть 2. Экспериментальное исследование плазмы тлеющего разряда с помощью зондов

2.1. Описание установки

У

Рис.7. Схема установки.

становка состоит из высоковольтного блока питания 1 (рис.7), миллиамперметра 2 для измерения тока разряда, источника питания зондов 3, вольтметра 4, микроамперметра тока зонда 5.

Газоразрядная трубка диаметром 32мм изготовлена из молибденового стекла. С противоположных концов в неё впаяны два коваровых электрода, расстояние между которыми составляет 25мм. Трубка заполнена неоном при давлении 10 мм.рт.ст.

В боковую поверхность трубки впаяны четыре зонда радиусом r_з = 0,4мм и длиной l = 8 мм. Три зонда находятся в одном сечении трубки. Один из них расположен непосредственно на оси трубки, а два других - на расстоянии 6 и 10мм от оси соответственно. Четвёртый зонд расположен на оси трубки на расстоянии 60мм от первых трёх зондов.

2.2.Порядок выполнения работы

1. Прочитать описание работы, изучить основы физики газового разряда и плазмы, метод измерения параметров газоразрядной плазмы с помощью зондовых характеристик.

2. Изучить метод измерения параметров по ионной ветви характеристики.

3. Ознакомиться с техническими описаниями приборов.

4. Методика измерений.

4.1. Переключатель П поставить в положение "Выкл".

4.2. Ключом К1 подать сетевое напряжение на высоковольтный блок питания 1. При этом на разрядную трубку подаётся высокое напряжение (1,5кВ) и в трубке поджигается тлеющий разряд. С помощью реостата R установить ток разряда I = 40мА. Записать величины I и U.

4.3. С помощью переключателя П подать начальное напряжение –60В от источника питания ТЕС-9 (3 на рис. 7) на один из зондов. Снять зондовую характеристику в диапазоне напряжений (–60 ÷ – 40)В с шагом 5В и в диапазоне от –40 до –20В с шагом 0,5В. Ток в цепи зонд-анод регистрировать с помощью микроамперметра с зеркальной шкалой 5, а напряжение - вольтметром 4.

Примечание.

Во избежание повреждения зонда не допускать превышения тока зонда величины 100мкА.

4.4. Повторить эти измерения для всех четырёх зондов.

4.5. По окончании работы сетевые тумблеры на всех приборах поставить в положение "Выкл".

5. Методика расчёта параметров плазмы по ионной ветви зондовой характеристики.

5.1. Нарисовать в удобном масштабе на миллиметровой бумаге зондовые характеристики всех зондов.

5.2. На каждой характеристике найти потенциал изолированного зонда U_о, максимальный ток ионов I_i, экстраполированный ток ионов при потенциале зонда U_з = U_о, величину (или угол наклона характеристики) при потенциале зонда U_з = U_о.

5.3. По формуле (1.22) определить температуру электронов Т_е для всех зондов.

5.4. Используя формулу (1.12) и таблицу 1, по методике, изложенной в разделе 1.3.4 рассчитать эффективную собирающую поверхность зондов S_эф (формулы (1.23) и (1.24)).

5.5. По формуле (1.26) определить концентрацию электронов n_eo для всех 4-х зондов.

5.6. На основе значений потенциалов U_о для 1-го и 4-го зондов, находящихся на оси разрядной трубки на расстоянии d = 6см оценить величину напряжённости электрического поля в плазме положительного столба по формуле , где , – плавающие потенциалы 1-го и 4-го зондов, d – расстояние между ними.

5.7. Написать отчёт по проделанной работе.