Способ определения параметров плазмы

 

Изобретение относится к технической физике. Целью изобретения является повышение точности определения параметров бесстолкновительной, немагнитоактивной плазмы - концентрации п. и температуры Т$ электронов. Для этого измеряют частоту колебаний СО (близкую к плазменной С00) тока нейтрализации на инжектор, возбуждаемых в плазме при нарушении ее квазинейтральности в начальные моменты инжекции, затем уменьшают энергию инжектируемых электронов до получения первого резонансного увеличения тока нейтрализации на инжектор,измеряют соответствующую этому явлению энергию электронов инжекции W. и определяют концентрацию пв и температуру Tg электронов плазмы по соответствующим формулам. 1 ил. г (Л

щ)у Н 05 Н )/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТСЮОЮМЪ СВИДВТЮЪС ВУ

I o(I g 4sPeRач и<, де Iî 4юей о от петок тепловых электронов на поверхность инжектора; ск орос тн тепловых и инжек тируемых электронов соответствен! 0СУА яРСТВЕННЫЙ ИОМИткт

ПО И306РГМНИЮФ И ОЧНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ ССОР (2! ) 4131113/25 (22) 29 ° 05.39 (46) 30.04.9!. Бюл. Ô 16 (72) H.À.Романова и В,А.Федоров (53) 533 ° 9 (003.0) (5á) Авторское свидетельство СССР

Р !250160, кл. Н 05 Н 1/00, 1983.

Krзлов О.В. Электрический зонд в плазме. М.: Энергия, 1969,с ° 264. ! (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

ПЛАЗМЫ (57) Изобретение относится к технической физике. Целью изобретения является повьппение точности определения параметров бесс толкновительной, Изобретение относится к технической физике.

Цель изобретения — повьпдение точности определения параметров плазмы: концентрации и и температуры Т электронов.

Предлагаемый способ основан на явлениях возникновения в плазме с началом инжекции электронов в плазму колебаний с частотой Я Яа, где

Яа — плазменная частота, и резонайсного увеличения амплитуды колебаны!1, когда на длине системы укладывается целое число полуволн и, Способ осуществл !ется следующим образом.

В плазме, параметры которой необходимо измерить, помещают изолированное проводящее тело — инжектор электронов (все приведенные расчеты прово..SU„1645908 А 1 немагнитоактивной плазмы — концентрации п и температуры Т электронов.

Для этого измеряют частоту колебаний

Я (близкую к плазменной Я ) тока нейтрализации на инжектор, возбуждае" мых в плазме при нарушении ее квазннейтральности в начальные моменты инжекции, затем уменьшают энергию инжектируемых электронов до получения первого резонансного увеличения тока нейтрализации на инжектор,измеряют соответствующую этому явлЕйию энергию электронов ннжекции !! н onP ределяют концентрацию и< н температуру Т электронов плазмы по соответе ствующим формулам. 1 ил.

С! днлись для инжектора сферической формы). Ток инжекции I устанавлнвают в соответствии с выражением но;

R - радиус инжек-

0 тора.

Выполнение первого неравенства необходимо для создания условий воэ-;

1645908

2 ш ечет

Т е 2k никновения колебаний, Ограничение тока сверху равносильно условию

n< ((п < для избежания ошибок,связанных с явлением замещения электронов плазмы электронами инжекции.

Колебания тока нейтрализации затухают, причем частота Я изменяется лишь в начальные моменты инжекции, когда амплитуда колебаний велика и в системе проявляются нелинейные эффекты. Для этих параметров численное моделирование Я = const = Я4 устанавливается за t П, 2 мкс.

Итак, концентрацию п электронов плазмы можно найти по формуле ио

2 л 2

m Я /4ge В качестве физической величины, частоту которой измеряют, предлагается выбрать ток нейтрализации I11 si3 npocToTbi его измерения.

Чтобы определить ошибку измерения, воспользуемся линейной теорией,так как Я = const, т.е. имеем

Я = Я (1 « /«е 1 /Я ) °

«(2

Z где 0о — коэфФициент затухания.

Затухание вносит ошибку в измерение частоты hp 0,057. для « /«Е 2 ° 10, т.е, ошибка в определении «е составляет доли процента.

Зная и, определяют температуру электронов плазмы Те следующим образом.

Исследования различных режимов инжекции показали, что в стационарном режиме (1(I>, т.е ° вокруг инжектора существует такая сфера радиуса В Е = Р.о((I(/I ), которая собира1!Я ет тепловой ток электронов плазмы, равный I

) 2

Отсюда че = (I) /4>е пе К, следовательно где k — постоянная Больцмана.

Величина R находится с использоваС нием явления возникновения параметрической неустойчивости, когда на длине R -Rn укладывается целое число полуволн и, т.е. и 2р чд

R R (2) с О 2 И

Таким образом> уменьшая энергию инжектируемых электронов V, а значит, и V - (2W/m )1«, получим последовай е тельность резонансных увеличений амплитуды колебаний. Зная энергию (1, при которой происходит первое в этой последовательности резонансное увеличение амплитуды измеряемой величины Т 11, соответствующее и 1,из формулы (2) можно найти е о (/ е) ю 1И р е а затем по формуле (1) определим

I

Т Ю

Е 8«1Ыг К и с е г е Т

2ш k(Q3R + р (2W /m ) 34 е о

Существенное отличие изобретения заключается в изменении энергии электронов, инжектируемых в плазму, и измерение этой энергии, соответ20 ствующей первому резонансному увеличению тока на инжектор, по которой измеряют температуру электронов плазмы.

Предлагаемый способ может быть реализован в устройстве, схема которого приведена на чертеже °

Устройство для измерения концентрации «е и температуры ТЕ электронов плазмы может состоять иэ эмиттера

1 электронов, выполненного в виде сферы, ускоряющей сетки 2, после прохождения которой поток электронов становится моноэнергетичным,сферического сеточного коллектора З,соби35 рающего ток электронов плазмы, державки 4, источника 5 питания и измерителя 6 тока.

Устройство работает следующим об40 разом.

Эмиттер 1 электронов типа термокатода испускает электроны, которые ускоряются разностью потенциалов между катодом и сеткой 2 до энергии

45 W, после чего электроны пронизывают сферический сеточный коллектор З,заряжая его, и уходят в окружающую плазму. Заряжаясь положительно, коллектор начинает собирать обратный ток иэ плазмы, который контролируется измерителем 6 тока.

Фо р мул а из об ре т е ни я

Способ определения параметров плазмы, включающий измерение величины и частоты тока нейтрализации на зонд и определение параметров плазмы по измеренным величинам, о т л и6

2 1 е Т

Т е

2m RflR> + li (2 /т )"

5 где I ток инже к ции, н а ход я щи с я в пределах где mt, и е - масса и заряд электрона соответственно, а температуру электронов Т определяют из соотношения

20 о

Составитель А.Ястребов

Техред А.Кравчук Корректор, С.Бекмар

Редактор М.Келемеш

Заказ 1348 Тираж 493 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул ° Гагарина, 101

5 1645908 ч а ю шийся тем, что, с целью повью ения точности определения параметров плазмы, перед измерением частоты

Ц тока нейтрализации инжектируют в плазму поток электронов с помощью инжектора сферической формы, затем уменьшают энергию ннжектируемых электронов до получения первого резонансного увеличения тока на зонд,измеряют энергию инжектируемых электронов Wp соответствующую резонансному увеличению тока и определяют концентрацию электронов п в плазме из соотношения

me Я

ll а

6 4не

3 г б

/ 2

/ 1

1

Iî (I и 4i e)R.оv п, 1 л, 2

4 е11очerï е тепловой ток электронов плазмы на инжектор;

v — скорость инжектируемых

1 электронов;

v — тепловая скорость электроет нов плазмы; требуемая точность определения п, постоянная Больцмана; радиус инжектора.