Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

с энергиями, превышающими потенциальный барьер eU_p. Принимая температуры ионов и электронов равными, получаем отсюда следующую оценку плавающего потенциала одиночного зонда в водородной плазме:

3.8 T/e.

1. Экспериментальные условия

   1. Измерение плотности и температуры с помощью тройного зонда Ленгмюра

Во многих установках для измерения плотности и темературы электронов применяют тройные ленгмюровские зонды. Привлекательной особенностью таких зондов является возможность одновременного определения указанных величин сравнительно простым способом, не требующим измерения вольтамперной характеристики зонда, более того, вообще не меняя напряжений на электродах зонда. Такой зонд имеет три одинаковых, близко расположенных электрода.

Два из них включаются по схеме двойного зонда, причем величина поданного напряжения выбирается из условия, чтобы двойной зонд работал в режиме насыщения. Третий электрод является плавающим. Н а рисунке изображена примерная вольт-амперная характеристика одиночного зонда и потенциалы электродов тройного зонда. Между парой электродов, образующих двойной зонд (электроды 1 и 2), прикладывается потенциал, много больший T_e/e. При этом электрод 1, находящийся под отрицательным потенциалом, отталкивает все электроны и ток на него равен ионному току насышения. На электрод 2 потенциал которого по отношению к плазме также отрицателен, идет тоже ионный ток насыщения и вдвое больший электронный ток. При этом суммарный ток на оба электрода зонда равен нулю, как того требует уравнение непрерывности для стационарных условий. Потенциал электрода 3 можно найти из соотношения

.

Зонд 3 находится под плавающим потенциалом и, следовательно,

.

Измеряя разность потенциалов между зондами 2 и 3, можно определить электронную температуру из соотношения . Зная электронную температуру и ток насыщения двойного зонда 1-2, можно найти плотность плазмы.

1. Схема подключения зонда

Для измерения параметров плазмы в восьмиоконной камере ГОЛ-3 зонд помещался внутрь камеры через вакуумное соединение Вильсона. Особенности работы на ГОЛ-3: магнитное поле, от 5 Тл до 0,1 Тл в расширителе.

Конструкция используемого в эксперименте зонда показана на рисунке:

Длина неизолированной части отдельного провода l составляет 3мм, диаметр провода d = 0,4мм. Длина всей металлической трубки от контактов до входного фланца составляет примерно 1,5 метра, что позволяет перемещать зонд в любую точку камеры.

Поскольку индукция магнитного поля в камере составляет от 0,1 Тл в самом ее начале до 5 Тл в конце, плазма в ней сильно замагничена, что оказывает влияние на режим работы зонда. Оценим Ларморовские радиусы для ионов и электронов, находящихся в потоке, для этого выберем минимальное возможное значение индукции B ≈ 1Тл на участке у восьмиоконной бочки. При этом:

;

;

Как видно, обе величины меньше диаметра проволоки, поэтому зонд можно рассматривать как плоский (частицы не попадают на обратную сторону контакта).

Важной особенностью конструкции зонда является то, что каждый электрод зонда может прокаливаться до достаточно высокой температуры путем пропускания по нему тока. В процессе измерений электроды зонда и измерительная схема "плавают" вместе с изменяющимся во времени потенциалом плазмы. Часто для гальванической развязки от регистрирующей аппаратуры применяются оптронные преобразователи с малой проходной емкостью ( 0.25 пф). Это позволяет избежать влияния помех, вызываемых высокочастотными колебаниями потенциала плазмы.

Зонд подключается к АЦП по следующей схеме:

CH₁ и CH₂ здесь каналы выходов на АЦП. Емкости и развязка используются здесь для устранения шумов и наводок.

1. Данные

   1. Калибровка и обработка

Как уже говорилось, температура плазмы в эксперименте находится из соображений:

;

Заметим, что плазма в эксперименте считается равновесной, с одинаковой температурой ионов и электронов.

Конечно, разность U₂ – U₃ даже до регистрирования потока будет не равна нулю, но всегда будет возможно найти среднее значение до регистрирования плазмы и после, которое и будет принято за 0.

Логично сразу найти калибровочный коэффициент C_T = e/ln2.

Плотность в свою очередь находится и следующих соображений:

I = j_i0 S, где S – это площадь зонда, работающего в режиме плоского.

j_i0 = 0,6enc(T(эВ)/Mc²)^0,5;

I = C_ji(T)^0,5;

В итоге значения калибровочных коэффициентов составили: C_T = 0,179эВ/В; C_ji = 9,6*10¹³(эВ*см³)^-1.

Пример систематизированных и обработанных данных с ГОЛ-3 приведен на графиках плотности и температуры соответственно:

график №1 Плотность

график №2 Температура

Горизонтальными линиями здесь показана погрешность, вызванная шумами и наводками в цепи подключения к АЦП. Во всех случаях ее значение оказалось большим, чем значение любой другой погрешности.

Из графиков сразу можно сделать вывод, что плазма крайне неоднородна как по температуре, так соответственно и по плотности.

Среднее значение максимальных температуры и плотности, полученных при каждом выстреле составляет:

T_ср = 0,3 эВ;

I_ср = 1,2*10¹¹ см^-3;

1. Выводы

Итак, в данной работе мною был изучена работа тройного зонда Ленгмюра в условиях ГОЛ-3 в магнитном поле, а также сам метод зондирования плазмы. В ходе эксперимента были получены и обработаны данные с установки, представленные выше. Типичные значения параметров представлены в таблице:

Из таблицы можно заключить, что исследуемая плазма по своим параметрам схожа с газовым разрядом и солнечной атмосферой.

Характеристики

Список файлов лабораторной работы