Способ определения параметров плазмы
Патент 488124
Авторы
Классы МПК
Способ определения параметров плазмы
Иллюстрации
Реферат
(II) 488124
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 11.05.73 (21) 1916115/26-25 с присоединение:3I 333IIIKII ¹ (23) Приоритет
Опубликовано 15.10.75. Бюллетень № 38
Дата опубликования описания 13.04.7б (51) М Кл G Oln 23, 24
EE 05)I 1/00
Государственный комитет
Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 533.9(088.8) (72) Авторы изобретения
А. И. Скибенко, Л, А. Душин и К. Н. Степанов (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПЛАЗМЫ
„2
Df =- — 4 а — - Лв с No
Изобретение относится к диагностике плазмы, в частности к определению локальных значений плотности плазмы.
Известен способ определения параметров нестационарной плазмы путем зондирования ее электромагнитной волной с частотой, меньшей максимальной плазменной ленгмюровской частоты, и регист)рации изменения фазы зондирующей волны. Однако с помощью известного способа невозможно определить параметры стационарной неоднородной плазмы.
Целью предлагаемого изобретения является осуществление возможности определения локальной плотности стационарной плазмы. Это достигается тем, что частоту зондирующей электромагнитной волны выбирают меньшей максимальной ленгмюровской частоты плазмы и, регистрируя изменение фазы отраженной электромагнитной волны, соответствующее закону модуляции частоты зондирующей волны по формуле где Л/т — изменение фазы отраженной волны; со — частота зондирующей волны;
Ло3 — девиация частоты зондирующей волны; с — скорость света;
6L а=; (m и е — масса и заряд элек.
4-,.Р трона);
Л, — локальная плотность в слое плазмы, находящейся на расстоянии 4 от границы; вычисляют значение локальной плотности Л, для слоя, находящегося на расстоянии 4 от
10 границы плазмы.
Зондируя плазму электромагнигными волнами различных частот и регистрируя 5f отраженных волн, можно построить по точкам профиль плотности стационарной неоднородной плазмы.
Зондирующая волна отражается от слоя, где плазменная частота равна частоте этой волны. В виду того, что положение отражающего слоя фиксировано, то временное изменение фазы зондирующей волны можно осуществить путем изменения частоты во времени. Плазму зондируют модулированной по частоте электромагнитной волной, причем частоту о3 зондирующей волны выбирают меньшей
25 максимальной ленгмюровской частоты плазмы. Отразившись от слоя, где плазменная частота равна частоте зондирующей волны, зондирующая волна изменяет фазу в соответствии с законом модуляции ее частоты, Таким образом, измеряя величину изменения фазы
488124
Л) отраженной волны и зная частоту с0 зондп,ру1о1це!1 волны и величину ее девиации Лсо, можно вычислить величину локальной плотности Л „для слоя, отстоящего от границы плазмы на расстоянии 4.
Зондируя плазму волнами различных частот, можно построить профиль плотности плазмы, Учитывая, что диэлектрическая проницаемость связана с плотность!о соотношениA ем в=1 —, легко найти профиль е, (Л вЂ”
Nttр ,Iокаль!10 311аче1!11е II;IQTIIocTH плазмы, Л !;р кр11тичсское з11ачение плотности для зо дируе,nI1 частоты) .
Способ можно осуществлять, например, с помощью схемы, представленной на чертеже.
Ввиду того, что изменение рабочей частоты мохкцо производить импульсным образом, то измерение изменения фазового сдвига от частоты можно выполнить, например, методом сравнения определенного изменения фазового сдвига с калиброванным фазовым сдвигом.
В схеме сигнал от генератора 1 СВЧ вЂ” колебаний по прямоугольным волноводам 2 через ферритовый вентиль 3 и регулируемый аттешоатор 4 поступает в плечо E двойного тройника 5, затем делится и поступает в симметричные плечи тройника. Сигнал, распространяющийся в одном плече, через антенное уст ро1! тво 6 попадает на плазму с неизменным во времени профилем плотности, отражается от ее критического значения для мгновенного значения частоты II возвращается на тройник.
Сигнал, распространяющийся во втором плече, через регулируемые аттенюатор 7 и фазовращатель 8 поступают на фазовый модулятор
9, который нагружен реактивным подвижным поршнем 10. Отразившись от последнего, сигнал также возвращается на тройник. На тройнике сигналы из обоих плеч складываются, затем детектируются детектором 11, усиливаются усилителем 12 и регистрируются осциллографом 13. Схема предварительно настраивается с помощью аттенюатора и фазовращателя таким образом, чтобы сигналы в плечах были одинаковыми, а фазовый сдвиг между ними был — —, что обеспечит линейную зависи2 масть фазы от амплитуды. Кроме того, схема должна быть настроена так, чтобы в отсут5
35 ствие плазмы быстрая перестройка частоты не приводила к разбалансировке системы. С этой целью измерительное и опорное плечо должны иметь одинаковую электрическую длину, для чего в одно из плеч включена выравнивающая линия 14. Далее, если с помощью блока 15 модуляции частоты импульсно изменить частоту в присутствии в измерительном плече плазмы, то система разбалансируется, так как в плече, нагруженном непрозрачной плазмой, фазовый сдвиг изменится и луч осциллографа зарегистри1рует изменение амплитуды.
Момент импульсного изменения частоты задается с помощью управляющего устройства
1б. Для определения величины изменения фазового сдвига, соответствующего перестройке частоты, предназначен регулируемый фазовый модулятор, установленный в опорном плече.
Включение последнего с помощью управляющего устройства с некоторой задержкой по отношению к импульсной перестройке частоты позволит п1роизвести сравнения фазового сдвига волны, отраженной от плазменного слоя с калиброванным фазовым сдвигом и таким образом найти искомую величину. В рассматриваемой схеме управление частотой осу1цествляется через блок питания 17.
Простой расчет показывает, что если рабочая частота !3=47 10" гц, для которой Л „р=
=7 10" ем вЂ, при перестройке частоты Л13=
=10 13 р3 изменение фазового сдвига волны, при отражении ее от плазмы, в которой слой с плотностью tVp —— 0,5 Л р — — 3,5.10" см —" находится на расстоянии 2 см от границы, равно
14 . В общем случае изменение фазового сдвиг о га тем оольше, чем меньше о
Предмет изобретения
Способ определения параметров плазмы путем зондирова-1ия ее электромагнитной волной с частотой, меньшей максимальной плазменной лснгмюровской частоты и регистрации изменения фазы зондирующей волны, отличаю шийся тем, что, с целью определения локальной плотности стационарной неоднородной плазмы, модулируют частоту электромагнитной волны и по сдвигу фазы определяют локальную плотность плазмы.
488124
Составитель И. Петров
Техред Т. Курилко
Корректор M. Лейзерман
Редактор Н. Коган
Типография, ир. Сапунова, 2
Заказ 573, 5 Изд. ¹ 1892 Тираж 902 I10äïèñí0å
ЦНИИПИ Государственного когиптета Совета Министров СССР по дслаги изобретешш и открытий
113035, Москва, )K-35, Раушская наб., д. 4/5