Диссертация (1150443), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Учтены аппаратные искажения [82],[74], возможное влияние нестабильности электронного и ионного токов, влияние размеровзонда [85],[87], загрязнение поверхности зонда [88],[81] и др.Принятые в эксперименте специальные меры по стабилизации условий ипараметров электрического разряда обеспечили воспроизводимость результатов не хуже 0.5%. Осуществлялся непрерывный контроль спектра колебанийразрядного тока и напряжения в диапазоне частот до 300 .Специальная градуировка измерительной системы [84] обеспечила не только относительные, но и абсолютные измерения величин ′′ , что, в свою очередь, позволило определить угловые гармоники функции распределения вабсолютной мере.
Потенциал пространства определялся по нулю второй производной зондового тока [81]. Концентрации электронов и ионов вычислялись30интегрированием функций распределения электронов и ионов по энергии. Сравнение этих концентраций показало их совпадение в пределах 10%, что, с учетомпогрешности зондовых измерений, является удовлетворительным результатом.2.2.3Восстановление полной ФРИ ионов в положительном столбегазового разряда в He, Ar и парах HgПри измерениях ФРИ использовалась аппаратная функция (2.11) с величинами дифференцирующего сигнала △ = 0.05, 0.1 и 0.2 . На рис.2.7 приведены измеренные функции распределения ионов + в при давлении 0.2 и температуре нейтралов = 600 . Аналогично, на рис.2.8 приведены подобные данные, но для ионов + в . При этом для + в параметр /выше, чем в случае и функция распределения является более низкоэнергетичной, чем в случае ионов + в на рис.
2.7.Рисунок 2.7 —ФРИ+в,полученные нами зондовым методом при различныхзначениях дифференцирующего сигнала△ = 0.05 ; 0.1 ; = 600; /0 = 20 / , = 0.2 .31Отметим, что, как следует из вышеприведенных экспериментальных данных, ФРИ в условиях измерений далека от максвелловской с температурой,определяющейся полем, и (аналогично результатам [89], полученным в условиях сильного поля) имеет максимум при значениях энергии ионов порядка средней тепловой энергии атомов и достаточно медленно спадает в область большихэнергий.
Видно, что увеличение величины дифференцирующего сигнала уменьшает абсолютное значение ФРИ, причем это сильнее сказывается на областяхэнергии, где функция изменяется резче. Это вполне объяснимо математическими свойствами свертки аппаратной функции и реальной ФРИ.Рисунок 2.8 —ФРИ+в,полученные нами зондовым методом при различныхзначениях дифференцирующего сигнала△ = 0.05 ; 0.1 ; = 450; /0 = 9 / , = 0.2 .С применением описанной методики нами были измерены энергетическиезависимости первых семи коэффициентов разложения ФРИ по полиномам Лежандра для ионов + в и + в , соответственно. Полученные данныесвидетельствуют о сильной анизотропии ФРИ в условиях измерений.
Детальноеобсуждение этих результатов и возможности реконструкции полной функциираспределения по энергиям и направлениям движения мы проведем ниже в этойглаве и подробнее в Главе 3 данной работы при сравнении данных экспериментас разработанной нами теорией.32Как уже говорилось, кроме измерения ФРИ в инертных газах, проведеныее измерения в парах ртути при низком давлении при величине параметра≈400 с помощью плоского одностороннего зонда.На рис.2.9 приведены полученные экспериментальные данные ФРИ +по энергиям, нормированной на 1 при различной величине дифференцирующего сигнала.Рисунок 2.9 — + в парах полученные нами зондовымметодом при различных величинах △ = 0.05 ; 0.1 ; 0.2 ; плотность тока = 100/2 ; давление - = 10−3 , параметр / = 400 / ; температураатомов = 410 .ФРИ по энергиям ионовНа рис.2.10 и 2.11,приведены измеренные энергетические зависимости коэффициентов разложения ФРИ по полиномам Лежандра степеней 0 - 3 и 4 - 6,соответственно, для условий рис.2.9.33Рисунок 2.10 —Зависимость от энергии ионов экспериментально измеренных первыхчетырех коэффициентов Лежандра ФРИ для тех же условий разряда, что и на рис.
2.9.Ширина аппаратной функцииРисунок 2.11 —△ = 0.05 .То же, что и на рис. 2.10, но для коэффициентов Лежандра 4 - 6.На рис. 2.12 показаны ФРИ, восстановленные в виде конечного ряда (первые семь членов 0 - 6) по полиномам Лежандра, полученных нами эксперимен34тально (см. рис. 2.10,2.11) при различной энергии ионов. Видно, что при увеличении энергии ФРИ становится более анизотропной. При этом, достаточносильная анизотропия характерна даже для минимально приведенной энергии = 0.05 . Это, очевидно, связано с тем, что измеренные данные рис.
2.12получены в условиях сильного поля. Следует отметить, что при восстановлении ФРИ в виде конечного ряда по полиномам Лежандра открытым остаетсявопрос о соответствии ФРИ, полученной таким образом, реальной. Как будетпоказано в Главе 3 настоящей работы, с увеличением анизотропии ФРИ число членов, необходимых для адекватного ее описания в виде конечного рядаувеличивается. Кроме того, растет также число членов при увеличении энергии иона. Это вполне объяснимо тем, что при этом увеличивается анизотропияФРИ, поскольку ион рождается с угловым распределением, близким к изотропному (и средней энергией порядка тепловой), а затем увеличивает скорость внаправлении поля, ускоряясь в нем. Забегая вперед, отметим, что в рассматриваемом случае ионов + при ≈ 400 семи членов ряда по полиномамЛежандра оказывается не достаточно уже при энергии иона порядка 0.1 .На рис.
2.13, 2.14 и 2.15 - 2.17 приведены энергетические зависимостипервых семи измеренных коэффициентов Лежандра в разложении по ФРИ дляслучаев + + при △ = 0.05 ; 0.1 ; = 600; / = 20 /· , =0.2 и + + при △ = 0.05 ; 0.1 ; = 450; / = 9 /· , =0.2 , соответственно.На рис. 2.18 и 2.19 показаны ФРИ восстановленные по коэффициентамЛежандра аналогично данным рис. 2.12, но для + + (в условиях рис.2.13) и для + + (в условиях рис. 2.15). Обсуждение этих результатов мыприведем ниже.Как будет видно, необходимы дальнейшие исследования диапазона энергий ионов, в котором реконструкция ФРИ может осуществляться с достаточнойточностью, и анализ зависимости этого диапазона энергий от параметра /0 .35Рисунок 2.12 —Угловая зависимость восстановленной по измерениям первых семикоэффициентов Лежандра ФРИ ионов = 0.5 ; +в парах ,ширина аппаратной функции зондового метода1 - = 0.05 ; 2 - = 0.2 ; 3 △ = 0.05 ; условия разряда теже, что и на рис.
2.9.Рисунок 2.13 —Энергетическая зависимость первых четырех экспериментально+ в по△ = 0.05 .измеренных коэффициентов разложения ФРИусловий рис. 2.7;полиномам Лежандра для36Рисунок 2.14 —Энергетическая зависимость экспериментально измеренныхкоэффициентов разложения ФРИ+вс номерами n=4,5,6 по полиномам Лежандрадля условий рис. 2.7;2.3△ = 0.05 .Обсуждение результатов главы 2Рассмотрим ФРИ ионов + , + , + (см.рис. 2.7 - 2.9). Видно, что,несмотря на существенное увеличение параметра /0 (порядка 40 раз от +до + ), положение максимума ФРИ не меняется.
Однако, при этом падаетскорость уменьшения ФРИ при росте энергии ионов. Указанные особенностиобъясняются тем, что максимум ФРИ формируют только что родившиеся ионы, имеющие почти изотропное распределение, близкое к максвелловскому стемпературой атомов, которая для , , меняется незначительно. Действительно, ионы, только что родившиеся в результате перезарядки, формируют наибольшую концентрацию. Это легко понять, рассматривая ускоряющийсяслой частиц, которые, сохраняя поток, будут создавать (по мере увеличения скорости) все меньшую концентрацию.
Уменьшающаяся же скорость спада ФРИ сувеличением параметра /0 (на самом деле, строго говоря, ФРИ определяет37ся параметром 0 ≈ /0 , где - сечение резонансной перезарядки - см. Гл.3) объясняется более интенсивным ускорением ионов в большом поле.Анализируя данные по + и + , следует отметить, что оценка отношения длины свободного пробега к характерному размеру зонда в этих условияхдает величину порядка 2 и 0.7, соответственно.
То есть, можно было ожидать,что зонд будет возмущать ФРИ. Как будет видно из сравнения экспериментальных результатов с теорией, это не так. Частично это может быть объяснено тем,что зонд, ориентированный поглощающей поверхностью так, что внешняя нормаль к ней направлена против электрического поля (как в нашем случае), сильно возмущает изотропную функцию распределения и слабо - анизотропную.Это следует из того, что вблизи поглощающей поверхности изотропная функция распределения становится более анизотропной, поскольку в этой областиотсутствуют частицы, двигающиеся от этой поверхности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
