Способ определения потенциалов в плазме Советский патент 1980 года по МПК H05H1/00 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛОВ В ПЛАЗМЕ тем определяют время нахождения зонди руйщих частиц в плазме, так как это время зависит от энергии зондирующих частиц, то определяют также эт зави симость. Зная указанную зависимость и ее функциональную связь с распределением потенциалов в плазме, определяют это распределение. Таким cnocotSoM мож но определить распределение потенциа лов в плазме низкой плотности, так как в отличие от прототипа процесс п резарядки зондирующих частиц, завися щий от плотности плазмы, в предлагае мом способе не учитывается. При зондировании плазмы., положител но заряженными ионами предпагаемый способ может быть реализован следующим образом. Пучок моноэнергетических ионов с известной энергией из источника 1 мо дулируют модулятором 2 в виде серии импульсов и направляют магнитным полем поворотного магнита 3 с помощью юстировочного устройства в исследуемую плазму 6. (Одновременно с началом импульса сигнал с модулятора поступает во временной анализатор 4). При наличии электростатического потенциала в плазме ионы отражаются в той точке, в которой пстенциал Плазмы соответствует, заданной энергии мо ноэнергетических зондирующих ионов. Причём пучок ионов с помощью юсти ровочного устройства направляют так, что отраженные ионы повторяют в плаз ме путь падающих. Это возможно лишь тогда, когда направление зондирующего пучка перпендикулярно к эквипотен циальной поверхности, от которой отразились ионы е соответствующей энер гией . Е е и. где - энергия иона, - заряд иона, и - Потенциал в точке отражения иона. Отраженные ионы вновь проходят че рез магнитное попе поворотного магнита 3 и регистрируются детектором 5 сигнал с которого также поступает во временной анализатор 4, где его срав нивают с предыдущим сигналом от модулятора 2. По разности фаз этих сигналов определяют время tg нахождения зондирукхцих ионов в плазме, необходимое на прямое и обратное движение ионов с и.зв естной энергией: 0 t - время движения зондирующих ионов вне плазмы ив плазме (определяют по временному анализатору); tjj - время движения зондирующих ионов вне плазмы; И - путь ионов вне плазмы; - скорость ионов. Изменяя последовательно энергию зондирукадих ионов, определяют зависимость времени, необходимого на прямое и обратное движение ионов в плазме, от энергии этих ионов. При произвольном, неизвестном характере распределения потенциала в плазме и U(), где - расстояние в плазме,-X(X - точка отражения ионов), время, необходимое на прямое и обратное движенит иона в плазме, в зависимости от его энергии Е определяется уравнением t 1рГ. о flAlyuw-u«.i) где iTij - масса иона; е; - заряд иона; и- - потенциал плазмы в точке от-, ражения иона. Интегрирование этого уравнения приводит к выражению: ||М1Д --.„,(„ где С (Е ) - зависимость времени нахождения зондирующих ионов в плазме от их энер, гии; t - текущая энергия иона; X - координата точки отражения иона с энергией Е. Согласно предлагаемому способу экспериментально определяют зависимость времени t( Е), необходимого на прямое и обратное движение ионов в плазме, от энергии этих ионов. Полученную зависимость подставляют в формулу (4), решают полученное уравнение и определяют распределение потенциа-ов в плазме U (). Пример. Пусть экспериментальная зависимость Т(Е) Г const. огда решение уравнения (2) записывается в виде: И решением будет U (х) ах, т. е. распределение потенциалов в плазме параболическое. Предлагаемым способом можно определить распределение потенциалов в плазме низкой плотности. Ограничения на плотность пЛазмы снимаются, так как в отличие.от прототипа процесс перезарядки зондирующих частиц, завит сящий от Плотности плазмы, в предлагаемом способе не учитывается. Определение распределения потенциалов в плазме с помощью отраженного зондирующего пучка моноэнергетических заряженных частиц приводит к снятию ограничений на симметрию плазменного объекта, характерных для спосо бов, использующих для диагностики плазмы сквозной пролет зондирующих частиц. Принципиальная схема реализации предлагаемого способа предусм ривает также уменьшение количества оборудовс1ния, используемого для определения потенциалов в плазме друг ми способами. Формула изобретения Способ определения потенциалов в плазме с эквипотенциалями, ортогона ными некоторым направлениям, путем импульсного зондирования плазмы моноэнергетическим пучком заряженных частиц с известной энергией, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности измерения потенциалов при низких плотностях плазмы, зондирование осуществляют ерией импульсов с последовательно увеличиваемой энергией частиц, причем направляют частицы по одному из указанных направлений, определяют зависимость времени нахождения отрголенных плазмой вдоль направления зондиро вания частиц от их энергии, а по полученной зависимости судят о распределении потенциала в плазме в указанном направлении.

Фш./

Фие.2