Уэймаус д., Газоразрядные источники света (988969), страница 62
Текст из файла (страница 62)
Подставляя в (Л-4) значения Г, получаем: ных параметра имеются в распорвкении у разработчика ламп, это выбор инертного газа, давления газа н диаметра трубки. Как видно из (А-8), чем меньше диаметр трубки или болыпе подвижность ионов, тем выше температура электронов; чем легче инертный газ н чем ниже его давление, тем выше подвижность ионов и тем выше должна быть частота ноннзации и электронная температура. приложение Б ЗОНДОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ В ПЛАЗМЕ Техника проведения и интерпретации эондоных измерений в плазме впервые была разработана Лэнгмюром [Л. В-1], распространена на не максвелловские распределения электронов Дрювестсйном [Л.
В-2] н в дальнейшем упрощена для иоследнсго случая Медикусом [Л. В-3]. Основываясь на измерениях тока па проволоку нли проводящий диск, погруженных в плазму, в зависимости от их потенциала может быть получена информация о плотности электро- хх Рнс. Б-!. Схематическое изображение зоидовой вольт-ам- периой характеристики. А — ток насыщенна электровоз ва зовя, размеры которого велнкв оо сраайенвю с толщиной оболочки; Н вЂ” то же, что А, ао размеры оболочка не намного неаьще резме. рое зонда: С вЂ” область торможенна электроноа; Гз — ток насыщенна ловов аа зонд; Š— электронный ток на зонд, немеренный от.
тек экстралолянвн тока насыще. вва новое. Ю е)г = уллазмы нов, распределении по энергиям и о потенциале плазмы. Так как интерпретация наиболее проста для случая максвелловского распределения па зиергиям, обсудим сперва его. Различные участки вольт-амперпой характеристики хорошо иллюстрируются кривой иа рнс. Б-1. Когда потенциал зонда точно равен потенциалу плазмы, не существует электрического поли, вызванного зондом, и зонд собирает случайный ток ионов и электронов, вызванный их тепловым двнжением.
Если [(о) — функция распределения скоростей электронов, ое -- компонента скорости, нормальная к зонду, и е', -- плотность электроано~о тока, то Уе = ел, ]' '] ] ох[(о„, о„, о,) е(о„х(озбоа. (Б-!) о =О о = — ео о = — ое х з Можно показать, пользуясь статистической механикой, что, если )(о) — максвелловское распределение, то плотность электронного 322 1 тока (тохх!2) таеур, где ур — отрицательная разность потенциала между зондом н плазмой. Прн этих условиях !е = Еле ~ ~ ~ Ох) (ох Ор Ох) е(эхе!оде!Ох. р з х х З у о — оое — — ох ел (Б-3) Опять можно показать, что лля максвелловского распределения по скоростям йее ~ е е' =ел, — е "' Р 2вел (Б-4) Хе = ел, Р ФТеГ'2нт.
Выражение для плотности ионного тока полностью аналогично (Б-2) где те — ыасса иона; Т! †температу ионов. Заметим, что для -онов и электронов ртути ) и;~т = 600, в результате плотность слу чайного тока ионов практическв пренебрежима по сравнению с таковой для электронов, поэтому когда зонд находится прн потенциале плазмы, он собирает преимущественно электронный ток, величина которого пропорциональна плотности электронов. Если потенциал зонда теперь сделать положительным по отношению к потенциалу плазмы, получится очень малое увеличение тока на зонд.
Помним, что зонд находится в плазме; поло>кнтееьный потенциал зонда отталкивает положительные ионы нз узкой оболочки около зонда и электрическое поле не проникает в плазму, так что на электроны в плазме на некотором расстоянии ат зонда положительный потенциал не воздействует. Зонд продолжает собирать случайный ток электронов из плазмы. Эффективная поверхность зонда слегка увеличивается, однако именно поэтому каждый случайный электрон на внешней границе оболочки попадает на зонд. Оболочка растет по толщине с ростом положительного потенциала зонда. В случае ванда в форме диска часто возможно сделать диаметр зонда большим по сравнению с толщиной оболочки, тогда увеличение толщины оболочки ие будет приводить к заметному увеличению эффективной поверхности зонда и электронный ток, собираемый из плазмы, в общем будет едва увеличиваться при увеличении положительного потенциала плазмы.
Если потенциал зонда делается отрицательным, оболочка положительных ионов, в которой отсутствуют электроны, достигает зонда. Ситуация очень похожа на ту, которая до этого исключалась, т. с, что ие все случайные электроны с границы оболочки могут достичь зонда. Только те электроны могут теперь достичь его, у которых компонента скорости, нормальная к поверхности зонда, имеет кинетическую энергию, болыпую чем тормозящий потенциал зонда, т. е.
те, для которых Из рис. 8-1 видно, что когда потенциал зонда пересекает потенциал плазмы, имеет место резкий переход; прн положительных потенциалах зонда электронный ток иа зонд меняется слабо с потенциалом зоила, в то время как прн отрицательных потенциалах зонда электронный ток изменяется экспоненциально с потенциалом зонда. Зтот переход или точка излома обычно может быть определена с приемлемой точностью из экспериментэльных данных (см.
рис. 4-8) и устанавливает экспериментальное измерение потенциала плазмы Согласво рис. Б-!, когда потенциал зонда становится достаточно отрицательным, электронный ток становится пренебрежимо малым и остающийся ток является только током случайных положительных ионов. В отрицательной области зонд имеет положительную оболочку н потенциал зонда, следовательно, нс проникает заметно в плазму, так что ток положительных ионов легко достигает насьппения по сравнеаию с током электронов, хотя, конечно, ток насыщения очень мал. Ьэб ь' !Узс. Б-2.
Логарифм электронного тока на зонд в зависимости от потеипнала зонда. Так как почти никогда не имеется резкого «излома» в кри. эой нри потенциале плазмы, потенциал плазмы н ток насыщения электронов обычно определяются по пересечению двух экстраполированных прямых линий, как зто показано. Л вЂ” ма«свел»о»скос Эаспаеделенае энергии эаекгэоаоа; наклон прямая линии дает температуру;  — распределение с избытком быстрых »лен«роков по сраэненаю с ма«с»алло»с«нм: С вЂ” эасаределение с недостатком быстрых электровоз по граэнеанэм с макса»азовским.
ууаглеаеьал зонда Обычныя порядок обработки тепловых измерений включает в себя выделение тока положительных попса нз общего тока, дли этого строят электронный ток как функцию потенциала зонг!а на полулогарифмической бумаге, как показано на рис. Б-2. Если кривая представляет собой прямую линию в области тормоукеиия электропон, то это является экспериментальным подтвсрждением того, что распределение максвелловское; наклон кривой 1я ! от )гг дает температуру электронов )см. (Б-4)1.
Насыщение электронного тока дает плотность электронов, если известна температура 1см. (Б-1)'! и по. тенцнэл в то~хе излома дает потенппзл плазмы. !.!а ргк. Б-2 даны также примеры кривых 1а( от )у» для двух других случаев, представляющих значительный экспериментальный интерес: распределение электронов по энергиям в основном максвелловское, но имеет либо избыток, либо недостаток электронов с большой энергией. В общем случае для не максвелловского распределения Дрювестейн первый показал, что функция распределения по энергиям )(У) (предполагая изотропиое распределение скоростей) пропорциональна второй производной от напряжения зонда па кривой электронного тока от напряжения зонда [Л. Б-2).
324 Беэ разработки устройства для автоматического получения вто- ) рой производной этот способ определения функции распределения ,, электронов не особенно пригоден, так как приводит к очень большим ' ошибкам в результате получения второй производной точки за точ- кой нз экспериментальных данных. Для многих целей и, наверняка, для применений, изложенных в гл. 4, достаточно сделать два упрощения.
Первое упрощение: уравнение (Б-З) описывает также скорость возбуждения или нонизации (для электронов с одной компонентой скорости) атома, имеющего эффективное сечение для возбуждения нли ионизации, которое принимается постоянным выше порога соответствующей энергии (ао многих случаях это не плохая аппроксимация для действительного эффективного сечения). Для сферически симметричного распределения скоростей электронов две другие компоненты скорости будут описываться подобными уравнениями. Таким образом, зондовая кривая сама приблизительно пропорциональна относительной скорости возбуждения и нонизэцни энергетических уровней атома различной энергии выше основного состояния.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
