16. Методы диагностики плазмы. Метод зондов Ленгмюра

Заключается в том, что в плазму погружают проводящий электрод с размерами превышающими дебаевский радиус экранирования, но меньше, чем размер плазмы. Проводим измерение тока, идущего на зонд. Конструктивно зонд представляет собой металлический проводник, основная часть которого покрыта изоляцией. Зонды моут иметь различную форму — дисковую, цилиндрическую. Зонд не должен эмитировать в плазму атомы, т.е. не должен изменять её состав. Зондовая характеристика: зависимость тока идущего на зонд от потенциала. Можно определить концентрацию и темпер-ру электронов, оценить ионную темпер-ру, распределение эл-нов по энергии. Строим график. По оси х - напряжение, по оси у - вверх электронный ток, вниз ионный. При потенциале на зонде = U_F(плавающий потенциал) полный ток ионов и электронов =0. Если потенциал на зонде начинает превышать U_F (II участок), то электронов на зонд попадает >, чем ионов и ток станов-ся «+». При UF < US(потенциал плазмы) зонд окружен положит-х зарядов.

18. Газовые разряды. Классификация.

- самостоятельные;

- несамостоятельные;

Это деление обусловлено тем, что при отсутствии внешнего воздействия газ является диэлектриком. Чтобы через него протекал ток необходимо осуществить генерацию свободных носителей зарядов, а затем создать энергетическое поле, в котором эти носители (электроны и ионы) могли бы перемещаться.

Если электрическое поле совершает генерацию и напр. Движения, то разряд называется самостоятельным. Если электрическое поле не способно в полном объеме генерировать, то для поддержания разряда необходимы дополнительные источники энергии, разряд называется несамостоятельным.

В зависимости от давления в размерном промежутке:

- вакуумного давления;

-низкого;

-среднего;

-высокого;

-сверхвысокого давления;

По степени заполнения плазмой разрядного промежутка:

-объемные;

-шнурующиеся;

По предельному времени существования разрядов:

-стационарные(неогранич.кол-во времени);

-нестационарные;

По силе тока и падению напряжения на разряде:

-сильноточные;

-слаботочные;

-низковольтные;

-высоковольтные;

В зависимости от типа источника электрического питания:

- на постоянном или переменном токе;

-в импульсном режиме;

По влиянию процессов на электродах на характеристики разрядов:

-электродные;

-безэлектродные;

Названия разрядов:

- темный(таундсеновский);

-тлеющий;

-дуговой;

-искровой;

-молния;

-коронный;

-свч и др.

17.Спектроскопические методы. Плазму изучают с помощью спектра методов в УФ, ИК области спектра. Можно определить химический состав концентрированных возбужденных и и ионизированных атомов и молекул, оценить ионную и электронную температуру. Излучение плазмы: 1. тормозное излучение; 2. излучение рекомбинации заряженных частиц; 3. излучение возбужденных атомов и ионов.

1. Тормозное излучение возникает в результате изменения энергии электронов и направления энергии в эл. поле, существующем в плазме. Макс. Квант, который может быть излучен лежит в диапазоне от 0 до Wmax.

3/2 kT_e=mV²/2

Спектр сплошной.

Общая интенсивность тормозного излучения: Qт≈f(n2;Te^1/2;z²) (степень ½ имеется ввиду корень из Te, товарщи)))

Если энергия электронов приблизительно равна 1эВ(10⁴К), то максимум излучения приходится на ИК область видимого излучения. Если энергия электронов 10⁸К , то на рентгеновскую область излучения.

1 дм³ будет излучать 150кВт тормозного излучения.

2. Излучение рекомбинации разряженных частиц.

Q_f≈f(n²/Tе^1/2)

До Т=10⁷К Q рекомбинации > Q_т.

Спектр линейчатый.

3. Излучение возбужденных атомов, ионов и молекул. С увеличением Te изменяется спектр. Кроме Te интенсивность сильно зависит от химического состава и очень быстро возрастает при включении в состав плазмы атомов тяжелых элементов. Оценить электронную температуру можно измерив относительную интенсивность спектральных линий, кот. испускаются одним и тем же электроном, но соответствуют разным степеням его излучения. Температуру ионов можно оценить из-за уширения спектральных линий из-за эффекта Доплера: связывает частоту колебательного процесса и скорость движения. ν=ν₀(1-V/c). ν₀ – частота,излуч. неподвижным источником; с – скорость света; V – скорость источника излучения. Благодаря эффекту Доплера в плазме происходит хаотическое движение атомов и ионов. В результате спектральная линия уширяется. Измерение этого уширения позволяет измерить температуру тех частиц, которые участвуют в процессах испускания.

Зондирование радиоволн. Зондирование плазмы происходит в диапазоне радиоволн, а также в др. диапазонах излучения(ИК,УФ,видимом,рентгеновском).Поведение плазмы в ВЧ-поле. Предположим, что частота колебаний эл. поля настолько велика, что за время свободного пробега электрон успевает произвести очень много колебаний в этом поле без столкновений. Столкновения при такой величине частоты поля на поведение электрона будут оказывать очень маленькое значение. Высокочастотная плазма >100кГц. Однако используются генераторы в строго определенных частотах. Например, 13,6 МГц; 5,68МГц. Плазма в ВЧ-поле. E=E₀cosωt; ω=2πν; ν=1/T; m_ex’’=-eE₀cosωt; V=x’=-eE₀sinωt/m_eω;

j=n_eV=-e2 E₀n_e sinωt/ m_eω – плотность тока.

В этом случае смещение электронов отстает от действующей напряженности эл. поля по фазе на 180 градусов( т.е. поле и электрон движутся в противоположные стороны).

Диэлектрик ε>1; Плазма ε<1. Eпе=Е+ΔЕ; Еge=Е-ΔЕ; ε=Е/Е_Е; ε=1+4πР/Е; Р – дипольный момент единицы объема; Р = - neX; ε = 1 - 4πР n_ex/E; ε = 1 -ω_л²/ ω²; ω_л² =4πnl²/m_e ; - ленгмюровская частота; ω_л > ω => ε<0; ω_л = ω => ε=0.

Волны могут распространяться в плазме, если их частота выше плазменной, если волна с частотой ниже плазменной отражается от границы плазмы. ω_л определяется только концентрацией заряженных частиц. Таким образом эта концентрация при зондировании радиоволнами может быть определена.