5. Экспериментальная часть

Подготовка к выполнению работы.

В настоящей лабораторной работе в качестве источника плазмы используется бытовая люминесцентная лампа низкого давления — газоразрядный источник света, в котором электрический разряд в парах ртути создаёт ультрафиолетовое излучение, которое преобразуется в видимый свет с помощью люминофора.

Люминесцентная лампа низкого давления — представляет собой стеклянную трубку, с нанесённым на внутреннюю поверхность слоем люминофора и заполненную аргоном под давлением 400 Па и парами ртути. Между двумя электродами, находящимися в противоположных концах лампы, горит дуговой разряд, который поддерживается за счёт термоэлектронной эмиссии электронов с поверхности катода. Проходящий через лампу электрический ток взаимодействует с парами ртути. Это приводит к появлению невидимого глазом ультрафиолетового излучения, которое преобразуется в видимый свет с помощью явления люминесценции. Люминофор поглощает ультрафиолетовое излучение и излучает видимый свет. Изменяя состав люминофора, можно менять оттенок свечения лампы. В качестве люминофора используют в основном галофосфаты кальция и ортофосфаты кальция-цинка.

Блок-схема макета установки исследования взаимодействия электромагнитного излучения с низкотемпературной плазмой и определения характеристик плазмы по затуханию СВЧ радиоволн представлена на рис.

Включите все приборы, входящие в состав установки кроме источника питания люминесцентной лампы. Дайте приборам прогреться в течение 15 минут. После прогрева установите органы управления на лицевых панелях приборов в следующие положения.

• Генератор 1: частота сигнала - 7480 МГц; клавиша должна быть нажата; положение остальных клавиш произвольно.

• Аттенюатор 6: - в положении 22 Дб.

• Усилитель 8: - в положении «ВХ. УРОВЕНЬ», шкала - 1.5 – 5; «РОД РАБОТЫ» - в положении «ОГИБАЮЩАЯ».

• Милливольтметр 9: - шакала 300 мВ.

Измерение длины волны в волноводе

Поместите поршень в область 55 мм по делениям на шкале корпуса резонатора. Настройте высокочастотный генератор ручкой «ВЫХОД» на максимум сигнала по милливольтметру (шкала 300 мВ).

Вращая поршень в сторону уменьшения числа делений на шкале корпуса резонатора, найдите минимум сигнала на по милливольтметру, постепенно переходя на все более чувствительную шкалу (до 10 мВ). Пройдите минимум в ту и другую сторону несколько раз, отмечая положение поршня с точностью до 0.1 мм. Вычислите среднее значение .

Переключите милливольтметр на шкалу 300 мВ и вращайте поршень дальше в ту же сторону уменьшения делений. Пройдите минимум в ту и другую сторону несколько раз, отмечая положение поршня с точностью до 0.1 мм. Вычислите среднее значение . Вычислите длину волны в волноводе по следующей формуле.

.

Далее с помощью линейки измерьте поперечные размеры металлического волновода. Используя теорию распространения электромагнитных волн в волноводе определите тип волноводной моды или , и постоянную распространения  этой волноводной моды.

Измерение затухания СВЧ радиоволн в плазме.

Измерьте затухание СВЧ радиоволн. Шкалу вольтметра поставьте в положение 300 мВ. Аттенюатор на волноводном тракте - на 14 - 16 делений. Вращая поршень в сторону увеличения делений шкалы от второго минимума, добейтесь, чтобы показания милливольтметра были 150 - 160 мВ. Запишите показание милливольтметра . Запишите положение аттенюатора в децибелах. Это будут показания аттенюатора при прохождении радиоволны через трубку без плазмы.

Включить плазму, установить ток . Радиоволна, прошедшая через плазму ослабнет. Показания милливольтметра станут меньше, чем . Вращая ручку аттенюатора нужно усилить сигнал до значения . Запишите новое положение аттенюатора .

Затем, задавая значения тока текущего через плазму , , , , найдите соответствующие положения аттенюатора , и запишите их.

Вычислите разность показаний аттенюатора относительно показания аттенюатора при отсутствии разряда для 5-ти значений тока.

.

Рассчитайте критическую концентрацию электронов по формуле.

.

где - масса электрона, , .

Рассчитайте концентрацию электронов при каждом токе в плазме по следующей формуле.

.

Рассчитайте частоту эффективных соударений при каждом токе по следующей формуле.

.

Рассчитайте длину свободного пробега электронов в плазме при каждом токе по следующей формуле.

.

где – тепловая скорость электрона.

,

где эрг∙K^-1 – константа Больцмана. Температуру электронов в низкотемпературной разрядной плазме положить равной .