Способ определения потенциалов в плазме

Способ определения потенциалов в плазме

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ъчаццц р

QtW ввв,.р

4м

ОП ИС

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалист ическик

Республик (1511796

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

° (61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 240574 (21) 2026912/26-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликоваир 250380, Бюллетень ¹ 11 (51)М. Кп.

Н 05 Н 1/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 533.9.07 (088. 8) Дата опубликования описания 3003.80 (72) Авторы изобретения

О. А. Лаврентьев, Б. В. Зайцев и В. A. Сидоркин (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛОВ В ПЛАЗМЕ

Изобретение относится к диагностике плазмы и может быть использовано для определения потенциалов в плазме эквипотенциалями, ортогональными некоторым направлениям, с помощью моноэнергетического зондирующего пучка заряженных частиц.

Известен способ измерения потенциала в плазме путем импульсного зондирования.плазмы моноэнергетическим пуч- ком заряженных частиц с известной энергией. В известном способе измеряется энергетический спектр и время пролета через плазму пучка зондирующих частиц, изменивших свой заряд в )5 результате столкновений с частицами .плазма. Это время является функцией потенциала плазмы.

Однако известный способ пригоден 20 .только для плазмы с достаточно большой плотностью.

Цель изобретения — обеспечить возможность определения потенциалов при низких плотностях плазмы с эквипотен- 25 циалями, ортогональными некоторым направлениям.

Это достигается тем, что зондирование осуществляют серией импульсов с последовательно увеличиваемой энерги- 30 ей частиц, причем направляют частицы по одному из указанных направлений, определяют зависимость времени нахождения отраженных плазмой вдоль направления зондирования частиц от их энергии, а по полученной зависимости судят о распределении потенциалов в плазме в указанном направлении.

На фиг. 1 приведена схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 — распределение потенциала в плазме.

Устройство состоит из источника 1 ионов, модулятора 2, поворотного магнита 3, временного анализатора 4 и детектора 5 (плазменный объект обозначен позицией 6).

Для реализации предлагаемого способа определения потенциалов в плазме импульсно зондируют плазму монознергетическим пучком заряженных частиц.

Зондирующим чаСтицам сообщают энергию, необходимую для отражения их от соответствующих эквипотенциальных поверхностей. Отраженные частицы повторяют в плазме путь падающих, так как направление зондирующего пучка перпендикулярно к эквипотенциальной поверхности, от которой отразились частицы с соответствующей энергией. За51179б н тем определяют время нахождения зондирующих частиц в плазме, так как это время зависит от энергии зондирующих частиц, то определяют также эт зависимость.

Зная указанную зависимость и ее функциональную связь с распределением потенциалов в плазме, определяют это распределение. Таким способом можно определить распределение потенциалов в плазме низкой плотности, так как в отличие от прототипа процесс пе резарядки зондирующих частиц, зависящий от плотности плазмы, в предлагаемом способе не учитывается.

При зондировании плазмы,.положитель но заряженными ионами предлагаемый

15 способ может быть реализован следую- щим образом.

Пучок моноэнергетических ионов с известной энергией из источника 1 модулируют модулятором 2 в виде серии 20 импульсов и направляют магнитным полем поворотного магнита 3 с помощью юстировочного устройства н исследуемую плазму б. (Одновременно с началом импульса сигнал с модулятора по- 25 ступает во временной анализатор 4).

При наличии электростатического потенциала в плазме ионы отражаются в той точке, в.которой потенциал плазмы соответствует заданной энергии мо- g0 ноэнергетических зондирующих ионов.

Причем пучок ионов с помощью юстировочного устройства направляют так, что отраженные ионы повторяют в плазме путь падающих. Это возможно лишь тогда, когда направление зондирующего пучка перпендикулярно к экнипотенциальной поверхности, от которой отразились ионы с соответствующей энергией.

К =eU, (М где Š— энергия иона, — заряд ибна, — потенциал н точке отражения иона. 45

Отраженные ионы вновь проходят через магнитное поле поворотного магнита 3 и регистрируются детектором 5, сигнал с которого также поступает во временной анализатор 4, где его сран- 50 нивают с предыдущим сигналам от моду" лятора 2.

По разности фаз этих сигналов определяют время В нахождения зондиру.ющих ионов в плазме, необходимое íà 55 прямое и обратное движение ионов с известной энергией: - -,d г =, (2) га где с — время движения зондирующих 60 ионов вне плазмы и в плазме (определяют по време нн ому анализатору); о — время движения зондирукщих ионов нне плазмы; 65 (— путь ионов вне плазмы; 1 — скорость ионов .

Изменяя последовательно энергию зондирующих ионов, определяют зависимость времени, необходимого на прямое и обратное движение ионов в плазме, от энергии этих ионов.

При произвольном, неизвестном характере распределения потенциала в плазме U = U(f), гдето — расстояние н плазме, (=Х (p, — точка отражения ионов ), н ремя, необходимое на прямое и обратное движенит иона в плазме, в зависимости от его энергии 5 определяется уравнением гда т — масса иона; заряд иона; — потенциал плазмы в точке от-, х ражения иона.

Интегрирование этого уравнения приводит к выражению: тсе) E

>„j, =я х, (4)

Щ - О Е -E. где С(Е ) — зависимость времени нахождения зондирующих ионов в плазме от их энергии;

Š— текущая энергия ионами х — координата точки отражения иона с энергией Е.

Согласно предлагаемому способу экспериментально определяют зависимость времени Х (E ), необходимого на

1 прямое и обратное движение ионон в плазме, от энергии этих ионов. Полученную зависимость подставляют в формулу (4), решают полученное уравнение и определяют распределение потенциалов н плазме 0() °

Пример, Пусть экспериментальная занисимость и (Е) = tо = const.

Тогда решение уравнения (2) записывается в виде:

Š— а й-E =л.х, L о (5) e; а) — - с, Осх) = x, и решением будет V (х) = ax, т. е. распределение потенциалов н плазме параболическое.

Предлагаемым способом можно определить распределение потенциалов в плазме низкой плотности. Ограничения на плотность плазмы снимаются, так как н отличие от прототипа процесс перезарядки зондирующих частиц, зави-. сящий от плотности плазмы, в предлагаемом способе не учитывается.

Определение распределения потенциалов н плазме с помощью отраженного зондирующего пучка моноэнергетических заряженных частиц приводит к снятию ограничений на симметрию плазмен511796

Формула изобретения

10 и(х) Составитель B. Ким

Редактор Е.Месроп ва. Техред Н.Ковалева Корректор,р..Макаренко

Заказ 499/48

Тираж 885

Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, .4 . ного объекта, характерных для способов, использующих для диагностики плазмы сквозной пролет зондирующих частиц. Принципиальная схема реализации предлагаемого способа предусматривает также уменьшение количества 5 оборудования, используемого для определения потенциалов в плазме другими способами.

Способ определения потенциалов в плазме с эквипотенциалями, ортогональными некоторым направлениям, путем импульсного зондирования плазмы моноэнергетическим пучком заряженных частиц с известной энергией, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения воэможности измерения потенциалов при низких плотностях плазмы, зондирование осуществляют,серией импульсов с последовательно увеличиваемой энергией частиц, причем .направляют частицы по одному из указанных направлений, определяют зависимость времени нахождения отраженных плазмой вдоль направления зондирования частиц от их энергии, а по полученной зависимости судят о распределении потенциала в плазме в указанном направлении.