Содержание отчета

Отчет о проведенной работе должен быть выполнен в соответствии с требованиями к оформлению отчетов о научно-исследовательских работах или соответствующими требованиями к оформлению учебных документов и содержать: цель работы, схему экспериментального стенда, таблицы экспериментальных и рассчитанных данных, примеры зондовых характеристик и зависимости, выводы по проделанной работе.

1. Экспериментальные данные следует представлять в таком виде:

P, давление		Рабочий газ			S0, площадь поверхности зонда
Up, Ip	H, Э		Ufl, В	Upl, В		Ii, мкА	Te, эВ	n0, см-3
Up = … В Ip = … мкА	Н = …
Up = … В Ip = … мкА	Н = …

2. Далее следует рассчитать степень ионизации плазмы и дебаевский радиус экранирования для одного из разрядных токов.

3. Проверить справедливость предположений, лежащих в основе теории Ленгмюра (соотношений между длиной свободного пробега, радиусом зонда и дебаевским радиусом) для условий задачи.

4. Построить зависимости концентрации плазмы, температуры электронов, плавающего и плазменного потенциалов от разрядного тока и магнитного поля.

5. Объяснить полученные результаты.

5. Измерение параметров плазмы двойным зондом

Метод двойного зонда заключается в том, что в плазму помещают не один, а два, как правило, одинаковых малых электрода (зонда) и измеряют зависимость тока в цепи этих электродов от разности потенциалов между ними. Таким образом, двойной зонд в целом является изолированной системой, не связанной с потенциалом какого-либо другого электрода в газовом разряде. Это позволяет использовать его для измерений параметров плазмы в тех случаях, когда в ней нет электродов с заданным потенциалом, относительно которых можно было бы изменять потенциал одиночного зонда (опорного электрода). Примером может служить плазма высокочастотного разряда, безэлектродного вихревого разряда, распадающаяся плазма и т. п.

Изолированность двухзондовой системы обуславливает ряд особенностей при проведении измерений и последующей обработке данных. На рисунке 7 изображены простейшая схема включения двойного зонда и его вольт-амперная характеристика.

Рис. 7. Простейшая схема включения и вольт-амперная характеристика двойного зонда

Токи, идущие на каждый из зондов, должны быть равны по величине и противоположны по знаку, так как в целом система зондов изолирована. При изменении разности потенциалов между зондами потенциал каждого из них относительно плазмы устанавливается таким образом, чтобы их токи оставались равными друг другу. Учитывая, что ток каждого зонда равен разности электронного и ионного токов можно записать:

. (21)

Если зонды совершенно одинаковы и плазма однородна, то ток в цепи зондов в точке , в которой разность потенциалов , приложенная от внешнего источника, равна разности потенциалов между теми участками плазмы, в которых расположен каждый зонд. Тогда оба зонда имеют потенциал, равный потенциалу изолированного зонда.

Если теперь между зондами приложить более высокую разность потенциалов, чем , то потенциал одного зонда станет выше, а другого ниже, чем потенциал изолированного зонда, вследствие чего в их цепи будет протекать ток, величину которого можно определить из однозондовой характеристики. При этом на один зонд преобладает ток электронов, а на другой — ионов. Так как электронный ток экспоненциально возрастает с увеличением потенциала, то потенциал положительного зонда может быть лишь немного выше потенциала изолированного зонда. Поэтому при достаточно большой разности потенциалов почти вся она равна потенциалу отрицательного зонда относительно изолированного зонда.

По этой причине, во-первых, с помощью двойного зонда нельзя определить плазменный потенциал (не реализуется случай насыщения электронного тока), и, во-вторых, на удаленном участке «А» и «С» изменяется практически лишь потенциал отрицательного зонда, причем почти весь ток на него является ионным током, вследствие чего в этой области двухзондовая характеристика совпадает с однозондовой. Ток на зонд в этом случае определяется формулой Бома (20), с помощью которой нетрудно оценить плотность плазмы.