МИНОБРНАУКИ РОССИИ
«Челябинский государственный университет»
(ФГБОУ ВО «ЧелГУ»)
Физический факультет
Кафедра радиофизики и электроники
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
ТЕМА: ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ПЛАЗМЫ
ЗОНДОВЫМ МЕТОДОМ
Выполнил: Агеев А.А.
Группа: ФФ-304
Принял: Чернов В.М.
Челябинск
2025
Цель работы: знакомство с зондовым методом определения параметров плазмы и определение основных параметров газоразрядной плазмы.
Приборы и принадлежности: лабораторная установка с тиратроном Т3-0,1/1,3, источник анодного напряжения Б5-50, источник напряжения для зонда Б5-47, источник напряжения накала Б5-47, вольтметр В7-38 для измерения анодного напряжения, универсальный вольтметр В7-21А для измерения тока зонда.
Общие сведения
Плазмой
называется высокоионизованный газ,
содержащий в единице объема равное
число положительных и отрицательных
зарядов. Для однократно ионизованных
газов концентрация ионов равна
концентрации электронов:
.
Основными
параметрами плазмы являются:
,
,
степень
ионизации
,
а также
электронная
плазменная частота
и
дебаевский
радиус экранирования
О
пределение
этих параметров в лабораторной работе
осуществляется по зондовым характеристикам,
получаемых с помощью одиночного зонда
Ленгмюра. Схема измерений показана на
рис.1.
Зонд помещается в исследуемое место
плазмы. Каждая точка плазмы имеет свой
потенциал относительно анода. На зонд
подается отрицательный по отношению к
аноду потенциал и измеряется ток
в ц
епи
зонда. По результатам измерений строится
вольтамперная характеристика зонда,
которая имеет вид, показанный на рис 2.
При подаче на зонд отрицательного по отношению к плазме потенциала из плазмы на зонд течет ток, состоящий из электронов и ионов. Поверхности зонда будет достигать только очень небольшое число наиболее быстрых электронов максвелловского распределения. В этом случае ток на зонд равен ионному току и отрицательный. Такой режим соответствует участку AB зондовой характеристики (рис.2).
При уменьшении отрицательного потенциала зонда быстрые электроны начинают попадать на него во все большем и большем количестве, и электронный ток увеличивается. Когда электронный ток становится соизмеримым с ионным током, вольтамперная характеристика начинает изгибаться кверху. В точке K электронный ток на зонд равен ионному и общий ток равен нулю.
На
участке КС электронный ток преобладает
над ионным, и общий ток имеет направление,
обратное прежнему. Отрицательный по
отношении к плазме потенциал зонда все
еще приводит к наличию в призондовом
слое поля, тормозящего движение
электронов. Концентрация электронов
в этом слое меньше их концентрации
в невозмущенной плазме, а электронный
ток больше ионного вследствие большей
скорости электронов. На участке CD
призондовый слой перестает быть
задерживающим.
Метод зондовых характеристик позволяет проверить по ходу логарифмической характеристики электронного тока на зонд, существует ли в условиях данного опыта максвелловское распределение электронов по энергиям в плазме.
Определив
,
вычисляются скорость электронов
и концентрация электронов
в невозмущённой плазме.