2)Зондовий метод дослідження плазми

Зондом називається допоміжний металевий електрод, який вводиться в плазму для її дослідження. Він може бути виконаний у вигляді тонко дротини, кульки або пластинки.

Перші спроби визначення потенціалу в різних точках плазми проводились вимірюванням статичним вольтметром різниці потенціалів між зондом і одним з електродів трубки.

Передбачалося, що застосування статичного вольтметра дасть найбільш точний результат, оскільки при цьому не відбувається відбору струму з розряду. Проте виявилось, що при «плаваючому зонді», результати виходять помилковими. Річ у тому, що при такому режимі зонд є як би ізольованою стінкою і має потенціал на величину ΔUs більш негативний, ніж істинний потенціал плазми.

Запропонована Ленгмюром методика полягає в тому, що на зонд подається примусовий потенціал відносно одного з електродів (рис. 14.13) і знаходиться залежність струму зонда від величини цього потенціалу. На рис. 14.14 приведена зондова характеристика, для доволі великого плоского зонда і відліку його потенціалу від потенціалу катода.

Рис 14.13. Електрична схема зондових вимірювань параметрів плазми Рис.14.14.Зондова характеристика для плоского зонда На зондові ВАХ можна виділити три характерні ділянки: майже горизонтальна ділянка ab при великих негативних потенціалах зонда,

ділянка bc крутого підйому і майже горизонтальна ділянка сf при позитивних потенціалах зонда. Розглянемо процеси біля зонда при цих трьох режимах.

При великих негативних потенціалах зонда (ділянка ab) відносно катода, а отже, і плазми від зонда відштовхуються практично всі електрони, і навколо зонда залишається шар з позитивним об'ємним зарядом іонів. Товщина іонної оболонки автоматично встановлюється такою, що позитивний заряд іонів нейтралізує дія негативного потенціалу зонда, і за межами оболонки вплив зонда не відчувається. Вважається, що за межами оболонки знаходиться неспотворена плазма. Електрони, що наближаються в результаті хаотичного руху з плазми до поверхні оболонки, відштовхуються назад в плазму, а позитивні іони, що приходять до оболонки проникають в неї, потрапляють в прискорююче

поле і пересуваються до зонда, утворюючи іонний зондовий струм. Це дозволяє записати вираз для іонного струму на цій ділянці характеристики зі i об I j S , (14.73) де i j , - щільність хаотичного іонного струму в плазмі; об S — поверхня іонної оболонки навколо зонда. Таке уявлення про різку межу між неспотвореною плазмою і шаром об'ємного заряду іонів, строго кажучи, невірно. На зовнішній межі оболонки є перехідна область, в якій знаходяться не тільки іони, але і швидкі електрони, що залітають сюди з плазми. Проте товщина цієї області, значно менша від товщини оболонки при значних негативних потенціалах зонда. При зменшенні негативного потенціалу зонда зменшується товщина δ оболонки, але її поверхня об S , при поверхні зонда з S>> залишається

незмінною. Незмінним залишається і іонний струм на зонд. Перехід до ділянки bc пов'язаний з тим, що на зонд починають приходити, долаючи гальмівне поле, найбільш швидкі електрони плазми.