Диссертация (1149901), страница 3
Текст из файла (страница 3)
2016. Т. Физика сплошных сред. С.5.Новосибирск, Россия.14. Mustafaev A.S., Soukhomlinov V. S., Grabovskiy A.Y., Strahova A.A. How to apply flat probein asymmetrical plasma? // Contr. paper of 43rd IEEE International Conference on PlasmaScience (ICOPS-2016). Banff, Alberta, Canada.15. Soukhomlinov V., Mustafaev A., Strahova A., Kaganovich I. Improvement in the flat probediagnostics for arbitrary degree of anisotropy // Contr.
paper of 44th IEEE InternationalConference on Plasma Science ( ICOPS -2017). Atlantic City, NJ,USA.16. Soukhomlinov V., Mustafaev A., Strahova A., Filiasova Yu. Accuracy enhancement in proberegistration of anisotropic charged particles distribution functions in plasma: analysis ofsystematic errors // Contr. paper of 44th IEEE International Conference on Plasma Science (ICOPS -2017). Atlantic City, NJ,USA.917.
Страхова А.А., Мурильо О. Новые возможности зондовой регистрации анизотропныхфункций распределения электронов и ионов по скоростям в плазме. // Труды 55Международной научной конференции. 2017. Т. Физика сплошных сред. Новосибирск,Россия.18. Страхова А.А., Мурильо О., Петров П.А. Метод регистрации индикатрисы упругогорассеяния электронного пучка на атомах в плазме. // Труды 55 Международной научнойконференции. 2017. Т. Физика сплошных сред. Новосибирск, Россия.Публикации автора по теме диссертации:1. Mustafaev A.S., Grabovskiy A.Y., Strahova A.A.
Cylindrical probe in nonequilibrium plasma– new possibilities. // Bulletin of the American Physical Society. 2013. Vol.58, №16. P.354.2. Mustafaev A.S., Grabovskiy A.Y., Strahova A.A. Diagnostics of nonlocal plasmas: advancedtechniques. // Bulletin of the American Physical Society. 2014. Vol.59, №15. GT1.00026.3. Mustafaev A.S., Grabovskiy A.Y., Strahova A.A. 3D Diagnostics of Plasma Interactions withSurface. // Bulletin of the American Physical Society. 2014. Vol.59, №14.
YP8.00057.4. Mustafaev A.S., Grabovskiy A.Y., KaganovichI., Demidov V., Strakhova A.A. Distantdiagnostics of nonequilibrium plasmas.// Washington, DC. USA. Institute of Electrical andElectronics Engineers Inc. 2015. Vol. 41. P. 7012293.5. Mustafaev A.S., Grabovskiy A.Y., Strahova A.A. 3D probe diagnostics of plasmas. // Lisboan,Portugal.
Euro physics conference abstracts. (EPS-2015). ISBN 2-914771-98-3. Vol. 39E.Р5.177. http://ocs.ciemat.es/EPS2015PAP/html/author.html.6. Мустафаев А.С., Грабовский А.Ю., Страхова А.А. Новые методы контактной идистанционной диагностики неравновесной плазмы. // Физическое образование в вузах.2015. Т. 21. № 1. С. 37.7. Мустафаев А.С., Грабовский А.Ю., Страхова А.А. Функция распределения электронов вплазме с произвольной степенью симметрии. // Физическое образование в вузах.
2016. Т.22. № 1. С. 22.8. Мустафаев А.С., Страхова А.А. 3D диагностика функции распределения электронов вплазме // Записки Горного института. 2017. Т.224.9. Мустафаев А.С., Грабовский А.Ю., Страхова А.А., Аинов М.А. Способ стабилизациивысоковольтного напряжения на базе разряда с сужением плазменного канала. ПатентRU № 2584691. C1. Бюллетень изобретений №14. 2016.10Глава 1. Обзор литературы по теме диссертацииВведениеВ данной главе рассмотрены имеющиеся к настоящему времени теоретические иэкспериментальные результаты по тематике диссертации. Поскольку зондовым методампосвящено огромное количество работ, включая десятки обзоров и монографий (см.
ниже), тосначала приведем краткий обзор по зондовому методу измерения изотропных ФРЭ и далеесосредоточим основное внимание на зондовом способе определения анизотропных ФРЭ.Главным образом, будем обсуждать использование метода плоского одностороннего зонда,который, как следует из ниже сказанного, имеет неоспоримые преимущества перед методомцилиндрического зонда. Затем кратко рассмотрим применение данной методики дляопределения анизотропной функции распределения ионов (ФРИ). После этого сформулируемосновные выводы, которые следуют из проделанного анализа существующих работ позондовым методам измерения анизотропных ФРЭ и ФРИ.1.1 Краткий обзор работ по методам определения изотропных ФРЭ в газоразряднойплазмеОдним из основных методов контактной диагностики газоразрядной плазмы являетсязондовый метод.
Считается, что он был предложен в 1923 г. в работах Лэнгмюра ссотрудниками [1 - 4] и в дальнейшем развивался ими в более поздних работах [5 - 8] вплоть до1932 г. Как отмечал сам Лэнгмюр [6], идея использовать зонд для исследования плазмыпринадлежала не ему. По-видимому, впервые это предложил сделать Stark в работе [9] дляизмерения пространственного распределения потенциала в дуговом разряде. Однако этапопытка была неудачной, поскольку автор, используя зонд при плавающем потенциале, не учелвлияния столкновений ионов вблизи зонда и пренебрег влиянием пространственного заряда ввозмущенном зондом слое плазмы [3].
Кроме Лэнгмюра, практически одновременно этот методначали использовать и другие авторы [10]. В модификации, предложенной Лэнгмюром [1 - 8],метод был применим, строго говоря, для сильно разреженной плазмы, когда размервозмущенной зондом области в плазме меньше длины свободного пробега электронов и ионов.Метод использовался, в основном, для нахождения распределения потенциала в плазме,11измерения величины электрического поля, концентрации заряженных частиц и оценки среднейэнергии электронов.В 1930 г.
[11] Дрювистейн предложил использовать зонды для определения ФРЭ вгазоразрядной плазме в условиях, когда анизотропией этой функции можно пренебречь.Важным этапом развития зондового метода явилась работа Бома [12], где он предложилуточнение формулы Лэнгмюра для плотности ионного тока на зонд при его потенциале нижеплазменного. Это позволилосущественно понизить систематическую ошибку зондовыхизмерений концентрации заряженных частиц в плазме.Для диагностики плазмы в случаях, когда в ней отсутствует опорный электрод спостоянным потенциалом (например, в распадающейся плазме, плазме высокочастотногоразряда и т.п.) была предложена методика двойного зонда [13, 14], которая широкоприменяется для определения температуры электронов.С 30-тых по 80-ые годы прошлого века предложенный Дрювистейном методопределения изотропных ФРЭ был обобщен и дополнен [15 - 22].
В [23] впервые быларассмотрена диффузионная теория. Авторы вычислили зондовый ток с учетом ионизации. Приэтом они считали, что в квазинейтральной плазме имеет место диффузионное движение частиц,а в призондовом слое столкновения отсутствуют. Далее была построена теория, связывающаязондовый ток (его первую и вторую производные) с изотропной частью ФРЭ при повышенныхдавлениях, когда не выполняется предположение о малости зоны возмущения зондом плазмыпо сравнению с длинами пробега электрона и иона [24 - 26]. Была рассмотрена сильноионизованная дуговая плазма для давлений вплоть до атмосферных [27, 28]. Особенностиприменения электрических зондов для диагностики газоразрядной плазмы в присутствиимагнитного поля были рассмотрены авторами работ [29 - 32].
Влияние на результаты зондовыхизмерений при наличии массовой скорости в плазме, актуальные в связи с исследованиямикосмической плазмы на околоземных орбитах, впервые исследовалось в работах [33-35].Особенности использования зондов в газоразрядной плазме при наличии отрицательных ионоврассматривались автором [36], а при наличии нескольких сортов положительных ионов авторами [15, 37]. Большое внимание исследователей было уделено вопросам уменьшенияслучайных ошибок и погрешностей метода.
Учтены особенности получения информации опервой и второй производных зондового тока по потенциалу [38, 39], аппаратные функцииразличных модификаций зондового метода [40], систематические ошибки, связанные свозможными загрязнениями поверхности зонда, с отражением электронов, вторичнойэлектронной эмиссией и т.п. [40, 41].12Как известно, наряду с зондами сферической и цилиндрической форм часто применяетсяи плоский зонд. Важной с нашей точки зрения проблеме постоянства собирающей поверхноститакого зонда при измерениях концентрации ионов (то есть, при отрицательных потенциалахзонда порядка нескольких средних энергий электронов) посвящены работы [42 - 44]. Показано,что при увеличении модуля отрицательного потенциала за счет краевых эффектов собирающаяповерхность плоского зонда существенно увеличивается.
Неучет этого эффекта можетприводить к погрешностям определения концентрации ионов до двух раз.Таким образом, можно констатировать, что зондовый метод определения изотропнойФРЭ и таких характеристик плазмы, как концентрация заряженных частиц, средняя энергияэлектронов и т.п. в настоящее время достаточно хорошо развит и проверен экспериментальнодля широкого диапазона параметров плазмы и в различных типах газового разряда.1.2 Обзор работ по зондовым методам определения анизотропных ФРЭ и ФРИВо всех процитированных выше работах предметом исследований служил зондовыйметод измерения изотропных ФРЭ в газоразрядной плазме.
Это является принципиальнойособенностью модификации зондового метода, предложенной Дрювистейном. В то же времяизвестно, что зачастую в разрядах различного типа ФРЭ может иметь заметную анизотропию.Примером могут служить низковольтные пучковые разряды [45 - 48]. Кроме того, при наличиипоглощающих поверхностей или анизотропных источников электронов на расстоянии порядкадлины пробега электрона относительно упругих столкновений от них и менее, ФРЭ такжеанизотропна.К одним из первых попыток экспериментального определения анизотропной ФРЭ вгазоразрядной плазме можно отнести работы [49, 50], хотя в них не использовалась техникаэлектрических зондов, априменялся анализатор, действующий по принципу тормозящегополя.
В результате авторам не удалось определить угловую зависимость ФРЭ, а лишьзависимость от энергии некоторого ее функционала. До этого, в основном, анизотропные ФРЭвычислялись теоретически (см., например, [51]).В [52 - 54] был предложен, а в [55 - 67] развит и апробирован метод определенияанизотропных ФРЭ с произвольной степенью анизотропии с использованием плоского ицилиндрического зондов. Суть метода заключалась в использовании известной связи ФРЭ совторой производной зондового тока по потенциалуна плоский односторонний (или13цилиндрический) зонд[51]. Проводя измерения зависимостипри различных егоориентациях относительно электрического поля в плазме, можно было найти ФРЭ в видеконечного ряда по полиномам Лежандра.
При этом использование цилиндрического зондапозволяет определять лишь четные, а плоского одностороннего - любые коэффициенты такогоряда, которые зависели от потенциала зонда, а аргумент полиномов Лежандра - от угла междускоростью электрона и вектором электрического поля в плазме. Было показано что, с точкизрения объема информации об анизотропной ФРЭ, плоский зонд предпочтительнейцилиндрического.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
