Способ определения параметров плазмы Советский патент 1991 года по МПК H05H1/00 

Изобретение относится к технической физике.

Цель изобретения - повышение точности определения параметров плазмы: концентрации п. и температуры Те электронов.

Предлагаемый способ основан на явлениях возникновения в плазме с началом инжекции электронов F плазму колебаний с частотой СО Ј С0в . где to0 - плазменная частота, и резонансного увеличения амплитуды колебаний, когда на длине системы укладывается целое число полуволн п.

Способ осуществляется следующим образом.

3 плазме, параметры которой необходимо измерить, помещают изолированное проводящее тело - инжектор электронов (все приведенные расчеты проводились для инжектора сферической формы) . Ток инжекции I устанавливают в соответствии с выражением

где

Ie«:l«4lpeRev,ne, го efloVne Г

и v, г о

ток тепловых электронов на поверхность инжектора;скорости тепловых и инжектируемых электронов соответственно;

радиус инжек- тора.

Выполнение первого неравенства необходимо для создания условий возRo054ь СП

CD

О 00

никновения колебаний. Ограничение тока сверху равносильно условию п. « п е для избежания ошибок,связанных с явлением замещения электронов плазмы электронами инжекции.

Колебания тока нейтрализации затухают, причем частота СО изменяется лишь в начальные моменты инжекции, когда амплитуда колебаний велика и в системе проявляются нелинейные эффекты. Для этих параметров численное моделирование СО const G}0 устанавливается за t & 0, 2 мкс.

Итак, концентрацию ng электронов плазмы можно найти по формуле п HigQ/А в е . В качестве физической величины, частоту которой измеряют, предлагается выбрать ток нейтрализации I ц ввиду простоты его измерения.

Чтобы определить ошибку измерения воспользуемся линейной теорией,так как СО const, т.е. имеем

о 1 ((Ч

co co0(i - п,/пе - г/цг ,

где §L - коэффициент затухания. Затухание вносит ошибку в измерение частоты ,05% для n т./пе Ј 2 1 0 , т.е. ошибка в определении ng составляет доли процента.

Зная пр, определяют температуру электронов плазмы Tg следующим образом.

Исследования различных режимов инжекции показали, что в стационарном режиме т.е. вокруг ин1 I П

жектора существует такая сфера радиуса Re Р.„( |l| /IQ), которая собирает тепловой ток электронов плазмы, равный I.

Отсюда vЈT |l|/4neneRc, следовательно

т в JSJSLSL (1)

е 2k v ;

где k - постоянная Больцмана. Величина R находится с использованием явления возникновения параметрической неустойчивости, когда на длине укладывается целое число полуволн п,

2fivЈ

(О

С - Ro

т.е.

п .

(2)

Таким образом, уменьшая энергию инжектируемых электронов У, а значит, и V - (2W/me)114, получим последовательность резонансных увеличений амплитуды колебаний. Зная энергию

W-, при которой происходит первое в этой последовательности резонансное увеличение амплитуды измеряемой ве- личины 1ц, соответствующее п 1,из

формулы (2) можно найти R

R.

. iia + /u(2Wp/m,)t A),

Ј Q 4 - p/«lAj

а затем по формуле (1) определим

5

0

5

0

5

3ffkiUfR n eV

(2Wp7m)

Существенное отличие изобретения заключается в изменении энергии электронов, инжектируемых в плазму, и измерение этой энергии, соответствующей первому резонансному увеличению тока на инжектор, по которой измеряют температуру электронов плазмы.

Предлагаемый способ может быть реализован в устройстве, схема которого приведена на чертеже.

Устройство для измерения концентрации пе и температуры Те электронов плазмы может состоять из эмиттера 1 электронов, выполненного в виде сферы, ускоряющей сетки 2, после прохождения которой поток электронов становится моноэнергетичным,сферического сеточного коллектора 3,собирающего ток электронов плазмы,державки 4, источника 5 питания и измерителя 6 тока.

0

0

Устройство работает следующим образом.

Эмиттер 1 электронов типа термокатода испускает электроны, которые ускоряются разностью потенциалов между катодом и сеткой 2 до энергии г W, после чего электроны пронизывают сферический сеточный коллектор 3,заряжая его, и уходят в окружающую плазму. Заряжаясь положительно,коллектор начинает собирать обратный ток из плазмы, который контролируется измерителем 6 тока.

Формула изобретения

Способ определения параметров плазмы, включающий измерение величины и частоты тока нейтрализации на зонд и определение параметров плазмы по измеренным величинам, о т л и5164

чающийся тем, что, с целью по вьачения точности определения параметров плазмы, перед измерением частоты СО тока нейтрализации инжектируют в плазму поток электронов с помощью инжектора сферической формы, затем уменьшают энергию инжектируемых электронов до получения первого резонансного увеличения тока на зонд,измеряют энергию инжектируемых электронов Wp, соответствующую резонансному увеличению тока и определяют концентрацию электронов nA в плазме

из соотношения

а те. 63

пе4КТ-.

где mfi и е - масса на соответственно,

электронов Т определяют из соотногде I

5

0

v РRo

eV йефЙ0 +1i(2Wp7me)«fi

-ток инжекции, находящийся в пределах

1б4ГерР.у;пе;

А. 2

4iteR0vtrntf- тепловой ток электронов плазмы на инжектор;

скорость инжектируемых электронов;

тепловая скорость электронов плазмы;

требуемая точность определенияпостоянная Больцмана; радиус инжектора.

Изобретение относится к технической физике. Целью изобретения является повышение точности определения параметров бесстолкновительной, немагнитоактивной плазмы - концентрации п. и температуры Т$ электронов. Для этого измеряют частоту колебаний СО (близкую к плазменной С00) тока нейтрализации на инжектор, возбуждае- мых в плазме при нарушении ее квазинейтральности в начальные моменты инжекции, затем уменьшают энергию инжектируемых электронов до получения первого резонансного увеличения тока нейтрализации на инжектор,измеряют соответствующую этому явлению энергию электронов инжекции W. и определяют концентрацию пв и температуру Tg электронов плазмы по соответствующим формулам. 1 ил. г (Л

/

/1

/

7

zv

/

/

/

fp «п . «/ х-

в з , ©

3

1