Способ измерения потенциала и колебаний потенциала плазмы Советский патент 1984 года по МПК G01R1/06 

со

со со Изобретение относится к области диагностики плазмы и может найти применение при измерении потенциал и колебаний потенциала плазмы в сильноточных разрядах, Известен способ измерения потен циала .и колебаний потенциала плазм заключающийся в том, что металлический зонд вводят в исследуемую плазму и по величине падения напря жения на ограничительном сопротивл нии RI,последовательно включенном в цепь зонда, определяют потенциал плазмы tl} Недостатком известного способа является то, что сопротивление пер ходного слоя зонд-исследуемая плаз RCIочень велико и для получения не обходимой точности измерений нужно чтобы ограничительное сопротивление RI было по меньшей мере на поря док выше RC/, (условие плавания) . Сопротивление RCHопределяется из выражения: где и - потенциал исследуемой пла мы; элементарный заряд; концентрация плазмы; тепловая скорость ионов; площадь зонда. Условие плавания уменьшает мощность выходного сигнала и для его усиления необходим широкополосный усилитель, что усложняет схему рег рации и требует специальных мер защиты измерительных цепей от электромагнитных помех. Уменьшение сопротивления 1(д за счет увеличени площади электрода во многих случая нежелательно из-за ограниченности измеряемого объема плазмы; кроме того, это часто противоречит требо ванию локальности измерения потенциала плазмы. Наиболее близким по технической сущности к изобретению ; вляется способ измерения потенциала и колебаний потенциала плазмы, заключающийся в том, что металлический зонд вводят в плазму, между зондом и пла мой создают промежуточную плазму и по величине напряжения на ограничительном сопротивлении определяют потенциал плазмы 2 . Для создания промежуточной плазмы рабочую часть зонда нагревают до температуры f 2500°С и к нему подают пары цезия, которые в результате термической ионизации образуют промежуточную плазму. Этот способ позволяет увеличить точность измере 11ИЯ потенциала по сравнению с пре-дыдущим. Однако этому способу свойствен,ны недостатки. Для создания плазмы необходимо подавать пар от отдельного источника, поддерживать рабочую часть зонда при высокой температуры. Это усложняет операцию получения плазмы, и, как следствие, увеличивает габариты электрода, а следовательно, паразитную емкость на Землю, Последнее пбстоятельство существенно ограничивает предельную частоту регистрации сигнала. Кроме того, использование термической ионизации паров цезия не позволяет получить плазму с высокой температурой и концентрацией, что ограничивает ее эмиссионную способность и уменьшает точность измерений при исследовании плазкол с более высокой температурой и концентрацией, чем промежуточная плазма. Целью изобретения является увеличение мощности выходного сигнала и повышение верхней частоты регистрации при одновременном уменьшении габаритов зонда. Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения потенциала и колебаний потенциала плазмы, заключающемся в том, что металлический зонд вводят в плазму, между зондом и исследуемой плазмой создают промежуточную плаз-му и по величине падения напряжения на ограничительном сопротивлении определяют потенциал плазмы, промежуточную плазму создают путем возбуждения на зонде катодного пятна, причем в качестве металлического зонДа используют зонд, покрытый по крайней мере частично неметаллической пленкой с удельным сопротивлением по крайней мере на порядок превышающим сопротивление материала зонда. Образование промежуточной плазмы путем возбуждения катодного пятна обеспечивает ей высокие концентрации (10 -10 см ) и температуру (1-4) 10 К при малом линейном размере источника плазмы - катодного пятна (Ю -10см). Это позволяет сочетать малые габариты электрода с высокой эмиссионной способностью промежуточной плазмы. Если концентрация измеряемой и промежуточной плазмы отличаются, то при разности потенциалов между ними и возникает слой, сопротивление которого опреде-, ляется из выражения, подобного (1): 0.4enVgS где Vg - тепловая скорость электронов промежуточной плазмы; 5сл- площадь переходного слоя. Так KaKVg :)J; , сопротивление в этом способе существенно

меньше, чем позволяет увеличть -мощность выходного сигнала. При концентрации измеряемой плазмы меньше Ю смвозбуждение катодного пятна можно осуществлять известными способами, например, с помощью поджигающего электрода. Если концентрация измеряемой плазмы выше 10 -10см , то, как показали исследования, образование катодного пятна происходит время на 10 -10 с позже погружения зонда в плазму вследствие пробоя изменяемой плазмы на зонд. Время запаздывания пробоя уменьшается с рюстом концентрации и потенциала плазмы. Наличие неметаллических включений наповерхности зонда уменьшается потенциал измеряемой плазмы, при котором происходит пробой и возникновение катодного пятна. Поскольку падение напряжения в слое зонд - промежуточная плазма (катодное падение потенциала в дуговом разряде) составляет 10-20 В, предлагаемый способ эффективен при измерении потенциалов U 10-20В. Кроме того, сопротивление в цепи зонда ИЗ должно бытьРз и/1„ „, гдeЗп,j„- пороговый ток катодного пятна (0,1-1А).

Для выбора величина ограничительного сопротивления R необходимо приблизительно знатьюжидаемое значение потенциала U и концентрации измеряемой плазмы. Например, если ожидаемаявеличина потенциала плазмы , а концентрация r . 10 см , приняв и 10 см , из выражения (2) находим R Юом.

Исходя из вышесказанного, видно,

0 47, что преимущества предлагаемого способа измерения потенциала и колебаний . потенциала плазмы наиболее полно проявляются при исследовании плазма высокой концентрации (более ) в

5 сильноточных импульсных разрядах с высокими амплитудными значениями потенциалов (более 100В).Изобретение позволяет использовать в схеме регистрации широкополосный осциллограф без

0 усилителя и не требует специальных мер экранировки измерительных цепей. Габариты зонда существенно уменьшаются , что .ведет к уменьшению паразитной емкости и увеличению верхнего

5 предела измеряемых частот. Появляется возможность измерять потенцигш пространственно ограниченных плазменных сгустков размером (О,1-1)см.

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА И КОЛЕБАНИЙ ПОТЕНЦИАЛА ПЛАЗ№1, заключающийся в том, что металлический зонд водят в плазму, меяццу зондом и иссЯедуемой плазмой создают промежуточную плазму и по величине падения напряжения на ограничительном сопротивлении определяют потенциал плазма, отличающийся тем, что, с целью увеличения мощности выходного сигнала и повшаения верхней частоты регистрации при одновременном уменьшении габаритов зонда, промежуточную плазму создают путем возбуждения на зонде катодного пятна. 2. Способ по п. 1, отлнча юц и и с я тем, что в качестве металлического зонда используют зонд, покрытый, по крайней мере, частично § с неметаллической пленкой, с удельным сопротивлением по крайней мере (Л на порядок превышающий сопротивле ие материала зонда.