Изобретение относится к физике плазмы, а конк.ретно к .диагностике равновесных;низкотемпературных плазменных образований по их собственному микроволновому излучению,и может быть использовано для определения характеристик плазмы,образующейся в различных устройствах,лабораторных установках .
Известны способы определения плазмы по ее собственному микроволновому излучению. Согласно способам параметры плазмы определяют из измерения интенсивности излучения на различных частотах {.
Однако для повышения точности требуется проведение измерений в широкой полосе частот, что возможно либо при использовании радиометрических приемников с широким диапазоном перестройки, либо приемников различдых частотных каналов. Все зто усложняет аппаратуру, проведение калибровок и процедуру измерений.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ определения параметров плазмы, основанный на измерении матрицы рассеяния мод в многомодовом волно-.воде, конта1ктирую1цём с плазмой.
Согласно этому способу матрицу рассеяния определяют путем возбуждения мод в волноводе с помощью генератора и измерения амплитуды и фазы мод, отраженньж от плазмы и распространяющихся в обратном направлении . Этот способ является более простым, так как измерения ведутся на одной частоте. Для диагностики использу10ется отличие структур полей различ7 ных мод волновода f2.
Однако, этот способ непозволяет .непосредственно определить температуру плазлвл.г которая является важ15ным параметром, характеризующим плазму. Кроме того, для его проведения требуется два оконечных прибора : приемник и генератор. Ак тивный метод диагностики имеет еще
20 тот недостаток, что он вносит возму щения в плазму. Это ухудшает точность измерения истинных параметров плазмы.
Цель изобретения - упрощение
25 процедуры измерений и определение додолнительного параметра: температу|ры плазмы.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определе30ния параметров плазмы, заключающему-.
ся в измерении на одной частоте характеристики мод электромагнитного поля в многомодовой системе, измеряют крвариации амплитуд мод собственного микроволнового излучения плазмы и по ним определяют параметры плазмы.
Для ковариаций амплитуд мод, возбужденных собственным излучением плазмы, справедлив обобщенный закон Кирхгофа, который можно записать в следующей форме:
%,m:I Зи WS wa п u,v)dqv,w, (.z),
-оо
где S - ковариация п-ой и т-ой
мод;
ayi(t) - флуктуирующие амплитуды От C-t) мод;
Т(Х;У,2)- температура элементарного объема: dv в точке (x,y,z) ;
dQ(x,y,z)- смешанные потериполей
п-6й и т-ой мод в объеме dv ;
С. - нормирующая константа. Это означает, что вклад отдельных участков пла;змы в ковариацию двух мод пропорционален температуре этого участка и смешанным потерям полей, этих мод, которые равны:
ЗЯ,У |wE,(Xjy, z)E(x,y,z)E,U,y, г)
где Е (x,y,z) --мнимая часть диэлектрической проницаемости плазмы;
Е„(х у, z) ,
,(х, у, 2) - электрические напря еннЪсти в точке () полей п-ой и га-ой мод соответственно, возникающих в плазме, если ее зондировать на этих модах на частоте w.
Моды отличаются между собой струк турой поля, т. е. раепределением электрической и магнитной напряженности электромагнитного поля по пространству, где проводятся измерения. Поэтому будут различны эти распределения и в плазме, если проводить зондирование ее на этих модах Таким образом, ковариаций амплитуд мод собственного микроволнового излучения плазмы будут для различных ndp мод по разному зависеть от элект рофизических парг1метров и температур О гдельных участков плазмы, т. е. при различных профилях изменения параметров плазмы значения ковариаций будут различны. Рассчитывая эти значения для ожидаемых возможных профилей и сравнивая с измеренными значениями можно определить истинный профиль изменения параметров. При использовании ЭВМ такой выбор производится по программе по заданному критерию, с заданной точностью.
На фиг. 1 показано распределение значений диагональных элементов матрицы ковариаций мод в плоском волноводе для различных профилей изменения температуры в плазме; на фиг. 2 - взаимное расположение волновода и плазмы; на фиг. 3 - устройство, с помощью которого реализуется предлагаемый способ.
Значения ковариаций на фиг. 1 приведены в зависимости от параметр У)Х/2С1/ где Д. - длина волны микроволнового
излучения;
2а - щирина волновода; п - номер моды.
Кривые 1-3 соответствуют профилю температуры
Т 300 + BZ, кривые 4-6 профилю
Т 300+BZ+B sin{-| - BZ)
Зависимости построены для различных градиентов В t 10 , 5.10 10 /с Считалось, что параметры плазмы иэменяются только в направлении перпендикулярном фланцу волновода. Коэффициенты рассчитывались по следующей формуле:
«.T(x)g.g.(z)exp (-йкГХу Ve.(2:)) V)
.-С,
Vetz)-(MM2c()
где T(-z-) - термодинамическая
температура плазмы в сечении 2;
Е(2.} - комплексная диэлектрическая прон ицаемость плазмы, Е(Z) - мнимая часть комплексно
диэлектрической прони, цаемости, К - волновое число;
С 2 - нормирующая константа, Номера мод, числа п - целые числа. Для волновода конечной ширины общее число мод равно и на изображенной оси значения коэффициента будут расположены дискретно. В результате измерени получают значений диагональных элементов. Вертикальными линиями на фиг. 1 показаны такие значени ковариаций для волновода шириной 2а 10 X при профиле температуры Т 300 + 5-loV 5-10 siri(-iCz/o,47 , т. е. совпавшие с кривой 5.
Исследуемая плазма 7 расположена вплотную к фланцу волновода 8. Устройство содержит многомодовый волновод 8, одномодовый волновод 9, направленные ответвители 10 отдельных мод, согласованную нагрузку 11, схему 12 устройств для перемножения амплитуд мод, на 1-ой выходе которой амплитуда сигнала равна U;, (t) a,(t) ) , где a(t) и aj(t) флуктуирующие амплитуды мод п и т,, соответст венно, переключатель 13 каналов, приемник 14. Подключая приемник последовател но к выходам устройства и устанавл .вая большое время интегрирования приемника, получают N N значений ковариаций амплитуд мод в много .«i модовом волноводе, где N 2. После этого сравнивают полученные значения с расчитанными для различ ных профилей (фиг. 1) и находят и комый профиль температуры. Согласно способу для проведения измерений используется только один Оконечный прибор - радиометричес кий приемник, работакяций на фиксированной частоте, не требуется проведения калибровок на нескольки частотах и знание частотной зависи мости параметров плазмы, что повышает точность измерений. Формула изобретения Способ определения параметров плазмы, заключающийся в измерении на одной частоте характеристики мод электромахнитного поля в многомодовой системе, отличающийс я тем, что, с целью упрощения процедуры измерений и определения температуры плазмы, измеряют ковариаций по времени амплитуд мод собственного микроволнового излучения. Источники информации, принятые во внимание при- экспертизе 1.Ваширинов А.Е. и др. СВЧ-излучение низкотемпературной плазмы. Под. ред. Баширинова А.Е. Советское радио, 1974, с. 97 - 108. 2.Авторское свидетельство СССР № 527097, кл. G 01 N 21700,16.11.73 (прототип).
//
R
о с
обо 6 о
