Способ определения концентрации атомов металла в низкотемпературной плазме Советский патент 1986 года по МПК H05H1/00 

Изобретение относится к газоразрядной технике и может быть использовано для лабораторных измерений параметров низкотемпературной плазмы газового разряда.

Одним из важных параметров, характеризующих спектроскопические свойства плазмы газового разряда, является концентрация атомов металла.

Известные оптические способы определения концентрации атомов металла (методы реабсорбции, интерферометрический метод и др.) не поз-, воляют проводить диагностику плазмы в непрозрачной оболочке, обладают малой чувствительностью (концентра-. ция атомов п ,10 см ) и не дают информацию о локальных свойствах плазмы.

Известен способ диагностики низкотемпературной плазмы путем введения в плазму электрического зонда Ленгмюра, который позволяет определять электрические параметры, электронную концентрацию и температуру, но не позволяет определять концентрацию атомов металла.

Известен способ определения концентрации атомов металла в низкотемпературной плазме путем определения количества сконденсированного металл

Однако данный способ обладает недостаточной точностью и с его помощь нельзя произвести локальное определение концентрации атомов металла.

Целью изобретения является локальное определение концентрации атомов металла в низкотемпературной плазме и првьшение точности. Gnoco6 может быть также использован для диагностики плазмы в непрозрачной оболочке.

Поставленная цель достигается тем, что в исследуемую область вводят подложку в виде зонда Ленгмюра и сообщают ей потенциал, равный потенциалу плазмы в этой области, а концентрацию атомов металла рассчитьшают по формуле:

2 MN

П

oL-t А-1 г V-T1

коэффициент прилипания атоЫ демов исследуемого металла; концентрация атомов металП ла, ;

М - количество конденсата,

г;

N - число Авогадро;

t - время конденсирования атомов

металла на зонд, с; А - атомный вес конденсируемого

элемента, г}

1 - длина зонда Ленгмюра, см; г - радиус зонда Ленгмюра, см; V - среднеквадратичная скорость

тепловрго движения атомов

металла, см/с; ТГ - постоянная, равная 3,14.

Этот способ допускает максимальное определение концентрации атомов металла путем измерения конденсированного на поверхности металла на участках зонда, расположенных в необходимых для диагностики плазмы местах.

Применение высокочувствительных спектроаналитических методов измерения количества конденсата с чувствительностью 10- обеспечивает достижение пороговой чувствительности определения концентрации атомов металла 10 - 10 атомов/см при дли не зонда 1 см. Это на 2-4 порядка чувствительнее оптических методов.

Пример. Производилось определение концентрации атомов металла в плазме полого катода, охлаждаемого жидким азртом. Использовался медный полый катод диаметром 0,8 см, длиной 2,0 см и платиновый зонд (диаметр 0,005 см).

Для диагностики плазмы охлаждаемого полого катода определялась концентрация атомов металла материала полого катода при разных условиях разряда: разрядный ток 0,005-0,060 А давление газа Аг 0,1-1,0 мм рт.ст., время конденсирования металла на зонд 10 с - 10 мин. Конденсированный на зонде металл смьгоался азотной кислотой и количество его определялось спектральным методом в дуге переменного тока.

Концентрация атомов металла рассчитьшалась по формуле (1) и составляла величину порядка 10 - 10

Использование предлагаемого способа определения концентрации атомов металла в низкотемпературной плазме обеспечивает по сравнению с существующими способами высокую чувствительность определения концентрации атомов металла, которая на 2-4 порядка превышает чувствительность оптических методов, возможность локаль3671682.4

ных измерений концентрации атомов ряда, возможность измерений концентметалла, что важно для характеристи- рации атомов металла в плазме с неки спектроскопических свойств раз- прозрачной оболочкой.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ АТОМОВ; МЕТАЛЛА В НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЕ путем определения количества сконденсированного металла, отличающийся тем, что, с целью локального определения концентрации и повьшения точности, висследуемую область вводят подложку в виде зонда Ленгмюра и сообщают ей потенциал, равный потенциалу плазмы в этой области, а концентрацию атомов металла рассчитывают по формулеп2 M-NЫ-t-A-f-r V т\гдеcL- коэффициент прилипания атомов исследуемого металла,п - концентрация атомов металла, см'З;М - количество крнденсата, г;N - число Авогадро;t - время конденсирования атомов металла на зонд, с;А - атомный вес конденсируемого элемента, г;1 - длина зонда Ленгмюра, см;г - радиус зонда Ленгмюра, см;V - среднеквадратичная скорбеть теплового движения атомов металла, см/с;ТТ - постоянная, равная 3,14.(Лф •^i F