МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ХАРЬКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени В. Н. Каразина

Обработка зондовых характеристик согласно радиальной теории и теории орбитального движения

Методические указания к курсу Диагностика плазмы

Харьков – 2013

УДК 533.9.08(075.8)

ББК 22.333я73

С 32

Рецензенты:

В. М. Куклин – доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой искусственного интеллекта и программного обеспечения факультета компьютерных наук Харьковского национального университета имени В. Н. Каразина;

В. А. Лисовский – доктор физико-математических наук, профессор кафедры материалов реакторостроения и физических технологий физико-технического факультета Харьковского национального университета имени В. Н. Каразина.

Утверждено к печати решением Научно-методического совета

Харьковского национального университета имени В. Н. Каразина

(протокол № от апреля 2013 г.)

С

C 32

ереда И. Н., Целуйко А. Ф. Обработка зондовых характеристик согласно радиальной теории и теории орбитального движения : методические указания к курсу Диагностика плазмы [для студентов физико-технического факультета]. – Х. : ХНУ имени В. Н. Каразина, 2013. – 22 с.

Предлагается один из классических методов точной обработки вольт-амперных характеристик электрических зондов в бесстолкновительной, незамагниченной плазме. В процессе обработки студент знакомится с радиальной и орбитальной теориями движения ионов на цилиндрический зонд. Учится правильно анализировать и интерпретировать экспериментальные результаты.

УДК 533.9.08(075.8)

ББК 22.333я73

© Харьковский национальный университет

имени В. Н. Каразина, 2013

© Середа И. Н., 2013

© Дончик И. Н., макет обложки, 2013

Содержание

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………….……….3

ОСНОВЫ РАДИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ДВИЖЕНИЯ ИОНОВ НА ЗОНД.....……..4

ОСНОВЫ ОРБИТАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ДВИЖЕНИЯ ИОНОВ НА ЗОНД…….…7

ВЫБОР СООТВЕТСТВУЮЩЕЙ ТЕОРИИ……………….……………………..14

ПРОЦЕДУРА АНАЛИЗА ВАХ ЗОНДА ………………………………………....15

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА……………….………………………….....21

Введение

Суть зондового метода заключается в измерении тока заряженных частиц на малый заряженный электрод-зонд, помещенный в плазму. Обычно используют зонды размерами порядка или менее миллиметра сферической, цилиндрической или плоской формы. Зависимость этого тока от потенциала зонда называется зондовой характеристикой. По снятой зондовой характеристике при определенных условиях можно вычислить основные параметры плазмы в месте нахождения зонда: концентрации и температуры электронов и ионов, потенциал плазмы, а в некоторых случаях можно получить полную функцию распределения электронов по энергиям. Главное преимущество зондовых контактных методов – локальность измерений, главный недостаток – возмущение плазмы. Зонд применим, если обусловленное им возмущение достаточно слабо или может быть адекватно учтено и выделен сигнал, отвечающий невозмущенной плазме. Следовательно, достоверность и точность полученной информации зависят от адекватности используемой модели.

На сегодняшний день существуют три точные зондовые теории, описывающие движение заряженных частиц на зонд в бесстолкновительной плазме без магнитного поля. Это предельный случай орбитального движения (OML – теория), радиальная теория (ABR) и орбитальная теория (BRL). Как правило, условия применимости OML теории не всегда соответствуют реальной плазме, поэтому основное внимание в данной работе будет уделено последним двум моделям.

В пособии предлагаются методы итерационной обработки вольт-амперных характеристик цилиндрических зондов согласно радиальной и орбитальной теориям движения ионов на зонд.