Способ определения напряженности электрического поля в ионизованном газе Советский патент 1992 года по МПК G01R29/12 

Изобретение относится к поляризационной и оптической спектроскопии, преимущественно к спектроскопии ионизованных газов.

Целью изобретения является повышение чувствительности при бесконтактных измерениях внутреннего электрического поля в ионизованном газе.

Поставленная цель достигается тем. что. согласно способу определения напряженности электрического поля в ионизованном газе, включающему выделение оптической спектральной линии эмиссии, излучение в выделенной спектральной линии линейно поляризуют, дополнительно регистрируют две ортогональные линейно

поляризованные компоненты спектральных ионных линий, соответствующих переходам с уровней дублетов, имеющих тонкое расщепление порядка атомной температуры, на общий уровень, измеряют их интенсивности 1у и Iz. затем по измеренным интенсивностям определяют зависимость вида А(Е):

ai(Jl.J2.Jo)(ly-lt)jl.J2

.lz)

. o: «2 (Jl , J2 . Jo) (ly + j 1г)л - (ly + j li)jZ

где «1 (ti.42.Jo) и «2 (Ji.J2.До)-численные коэффициенты, зависящие от полных угловых моментов составляющих дyблeтaJ1.J2 и

общего нижнего уровня спектральных переходов Jo,

сопоставляют ее с аналогичной теоретической зависимостью для выбранных линий как функции электрического поля Ei - А(Е) и по совпадению теоретической и экспериментальной зависимостей определяют величину напряженности внутреннего электрического поля Е.

Ка фиг. 1 представлена схема экспериментальной установки для определения напряженности электрического поля для плазмы разряда в полом катоде; на фиг. 2 экспериментальная зависимость величины А от давления среды для работы точек с различной радикальной компонентой (плазмой разряда в полом катоде); на фиг. 3 экспериментальная зависимость распределения напряженности электрического поля в плазме по координате (радикальная зависимость) для различных значений давления среды.

Способ осуществляют следующим образом, используя устройство, показанное на фиг. 1.

Излучение плазменного источника 1 помещают в центр фокуса линзы 2. Излучение анализируемого объекта фокусируют на .входную щель монохроматора 3, которым выделяют нужную спектральную линию. За выходной щелью монохроматора 3 устанавливают поляризатор 4, который поляризует излучение данной спектральной линии и делит его на два пучка с взаимно ортогональными поляризациями. Регистрация этих пучков соответствует регистрации одной (из двух) спектральной линии, соответствующей переходу с уровня одного из дублетов, имеющих такое расщепление. Регистрация другой спектральной линии производится после выделения ее монохроматором после регистрации и обработки данных по первой линии и аналогичным образом.

Изменение интенсивности поляризованных компонент производят двухканальной схемой: двумя фотоэлектронными умножителями 5 и 6, сигналы с которых поступают на входы аналого-цифровых преобразователей 7 и 8, информация с которых поступает в накопитель 9 информации (накопительный прибор или ЭВМ), с которого считывают информацию о величинах интенсивностей 1у и 1г и производят их статистическую обработку и аналитический расчет величины А(1у, Iz). Сопоставляя ее с теоретическими зависимостями А(Е) для конкретных условий в ионизованной среде, определяют величину напряженности поля Е при совпадении зависимостей. Погрешность в определении напряженности электрического поля Е включает погрешность измерения спектральных характеристик линий и погрешность принятой модели анизотропной релаксации.

Пример. Измеряли распределение

напряженности внутреннего электрического поля в разряде в цилиндрическом полом катоде диаметром 1 см и длиной 5 см, в аргоне при давлениях 0,01-0,5 Торр и постоянных токах 20-25 мА по спектральным л ниям аргона 3819 и 3883 А, соответствующим переходам с дублета , 1/2 на нижний уровень 4р D°i/2. Наблюдали излучение вдоль оси ОХ, параллельной оси цилиндрическЬго катода. С помощью отверстия, размеры которого составляли 0,3 х 0,3 мм, помещенного вместо входной щели монохроматора, выделяли излучение с определенного участка

отрицательного свечения, удаление которого от оси катода Z было фиксированным или варьировалось.

. Область отрицательного свечения характеризуется максимальной выраженностью поляризационных эффектов спектральных линий, обусловленной обобенностями скорости дрейфа ионов в плазме и дрейфовым самовыстраиванием.

После поляризатора ортогональные

компоненты поляризующего излучения поступали в каналы регистрации и измерения интенсивности излучения и в вычислительное устройство для расчета величины функции А, которую затем сопоставляли с

теоретически рассчитанной зависимостью (при уо 28МПа).

Пример 2. Для излучения в фиксированной точке Z 2,5 мм (радиальная компонента) при давлении среды

последовательно получали экспериментально величину А (х10) соответственно 3,2: 3,35; 3,45 и 3,50. Сопоставление с теоретическими расчетами дало величину напряженности электрического поля в данной

точке соответственно 60; 43; 40и 35 В/см.

Пример 3. При фиксированном давлении среды Р 0,1 Торр в условиях примера 1 было измерено радиальное

распределение напряженности электрического поля на удалении z по радиусу от центра симметрии, равном 1,3; 2,25; 2,5 и 3 мм. Расчетные величины функции А составили соответственно 1,9 3,0- 3,2 -10 и

4,5 -10 После сопоставления с теоретической зависимостью определяли распределение напряженности электрического поля в анализируемой области. Величина Е составила 11, 32, 55, 110 В/см. Экспериментальные зависимости функции А от давления газа Р в различных точках среды в полом катоде (радиальная симметрия картины) приведены на фиг. 2. При малых удалениях от оси величина А слабочувствительные к давлению, однако при удалении от центра зависимости А (Р) становится все более отчетливой. Радиальная вариация внутреннего злектрического поля Е в плазме при давлениях 0,1-0,3 Торр представлена на фиг. 3. Использование предлагаемого способа позволяет производить измерения слабых внутренних электрических полей. Таким образом, изобретение обеспечиваетповышение чувствительности бесконтактных спектроскопических методов определения внутреннего электрического поля и расширение диапазона их применимости за счет использования дополнительной спектроскопической характеристики, а именно поляризации линии змиссии (способ-прототип позволяет измерить внутреннее электрическое поле только в плазме). Предлагаемый способ может быть применен для широкого класса ионизованных газов ,в лабораторных условиях, физико-энергетическихустановках, в астрофизических объектах, например эруптивных процессах в солнечной атмосфере, и в геофизических ионосферных условиях с целью получения информации о силовых структурных и эне|эгетических свойствах объекта. Ф О Р мула изобретения Способ определения напряженности злектрического поля в ионизованном газе, включающий выделение оптической спектральной линии, регистрацию ее интенсивности, определение аналитической зависимости интенсивности от величины напряженности электрического поля, от л ичающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, излучение выделенной спектральной линии предварительно линейно поляризуют, регистрируют интенсивности двух ортогональных линейно поляризованных компонент спектральных ионных линий 1у и Iz, соответствующих переходам с уровней дублетов, имеющих тонкое расщепление порядка атомной температуры, на общий нижний уровень, по измеренным значениям интенсивностей определяют зависимость вида А(Е): ai(Jl.J2.Jo)(ly-lz)j1.J «2 (Jl . J2 . Jo) (ly +J - (I/ + J Ii)j2 где «1 (i,j2,Jo) И flu(Ji,j2,Jo)-численные коэффициенты, зависящие от полных угловых моментов составляющих дyблeтaJ1, J2 и общего нижнего уровня спектральных переходов Jo, и сопоставляют ее с аналогичной теоретической зависимостью для выбранных линий как функции злектрического поля Е.

Изобретение относится к оптическим поляризационным измерениям и спектроскопии ионизованных газов. Цельизобретения - повышение чувствительности измерений и обеспечение возможности бесконтактного исследования слабо ионизованных сред. Внутреннее электрическое поле в ионизованном газе определяют путем выделения излучения в спектральной линии с последующим пропусканием через линейный поляризатор, регистрируют две ортогональные линейно поляризованные компоненты спектральных ионных линий, соответствующих переходамс уровней дублетов, имеющих тонкое расщепление порядка атомной температуры, на обш-'й нижний уровень, измеряют интенсивно -vi зтйх линий и аналитически определяют напряженность внутреннего электрического поля по совпадению теоретической и экспериментальной зависимостей. 3 ил.слс