Способ определения температуры нейтральных атомов в плазме

Способ определения температуры нейтральных атомов в плазме

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(72) Авторы изобретения

В. Н. Коцубанов и А. H Летучий (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НЕЙТРАЛЬНЫХ

АТОМОВ В ПЛАЗМЕ

Изобретение относится к области диагностики плазмы и может быть использовано для определения пространственного ржнределения температуры нейтральных атомов в плазме.

Информация о дросгранственном распределении температуры и плотности нейтральных атомов в плазме получается и настоящее время из спектроскопических "боковых" наблюдения с последующим преобразованием (типа преобразования Абеля) (1).

Известен способ определения простраиствен- о ного распределения энергетического спектра нейтрального водорода в плазме, основанный на методе резонансной флуоресценции (21.

По этому способу измерение температуры атомов в плазме осуществляют путем зондирования электромагнитными резонансными волнами и регистрацией рассеянного плазмой излучения.

Однако необходимость применения сложной анализирующей аппаратуры рассеянного излуче ния приводит к потере полезного сигнала, что ведет к снижению чувствительности способа

Кроме то-î,,необходимость применения сканирующего ннтерферометра Фабри-Перо в случае исследования плазмы с Тв" 1 — 10 эВ приводит к значительному уменьшению измеряемого объема плазмы, что также повышает предел тех плотностей нейтральных атомов, в которых возможно измерение температуры.

Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых температур, повышение чувствительности и упрощение используемой аппаратуры.

Поставленная цель достигается тем, что по способу определения температуры атомов в плазме путем зондирования электромагнитными резонансными волнами и регистрацией рассеянного плазмой излучения плазму зондируют последовательно двумя электромагнитными

Волнами с различной шириной спектра, причем одна из волн имеет спектральную ширину, превышающую ширину резонансной линии атома, другая волна имеет спектральную ширину меньше этой же резонансной линии, а температуру определяют по отношению полученных флоуресцентных сигналов.

43 учитывая, что

Q =hkjy, Ф 3320 ВГ{1 Р) 3

8289

Излучение лазера на растворе органических соединений с длиной волн бо и полосой а6, превышающей в несколько раз доплеровский контур линии на Й о нейтрального атома,, резонансно взаимодействует с атомами данного 5 вещества, причем с излучением взаимодействуют все атомы, находящиеся в зондируемом объеме.

Последовательно, с определенным интервалом, исследуемый объем зондируют вторым импульсом лазера с длиной волны 3. у и полосой 10

Л Aga несколько раз меньшей, чем полная полуширина линии зондируемых нейтральных атомов. В этом случае флуоресцентный сигнал иэ исследуемого объема несет информацЖо о числе атомов с определенной проекцией век- 15 тора скорости на направление зондирования.

Соотношение сигналов флуоресценции позволяет по расчетной кривой определить полную полуширину линии зонднруемых нейтральных атомов, а следовательно, определить темературу gg нейтральных атомов данного вещества в зонди" руемом объеме.

Рассмотрим взаимодействие системы атома на резонансной частоте Ао (учитывая доплеровское уширение линии) с импульсом возбужде, gg ния, который описывается Б-функцией. Контчр поглощения д (1 - -1 1 р =

Контур зондирующего излучения М (, ) (Б(Д вЂ” 3 ) — Б (а — A,). Если два контура симметричны относительно друг друга, то сигнал флуоресценции будет описываться (ц Ja„(xp,(x)-5. =-(3.-, „- 1)= зз

) .- о -<ал() - О „Э,Е d(»)1 =- л1-Ао т; = ЧХ =()р(=11 З С1 )Jp

О где ((- р) — табулированный интеграл, зависящий от Р, а величина P — это отношение . ширины полосы спектра возбуждения к полуширине линии, на которой происходит зондирование, т. е. полная полуширина доплеровского контура А =2 йа ф /Я „, С другой-стороны Ь3. 1=2 ь . 1.„, тогда как О=Ь)" у

ywaism, ч ьл "- ли а ьл„= 7гго, н

Яр тогда ))- " (Ao)c)72LT/и -2fgp 2 Q, ла т ь А Г р =ñ. ì д 2к.т

Построим зависимость F от Р де < ъ (л 1 »,<л (Я) — флуоресцентный сигнал, полученный при зондировании излучением Ь спектром Л Я < а, 4(() — флуоресцентный сигнал, полученный при зондировании излучением со спектром.

Зная отношение двух сигналов флуоресценции, спектральную ширину зонпнрующих импульсов можно определить полную полуширину линии определенных атомов, а следовательно, и их температуру.

В зависимости от области измеряемых температур и сорта атомов оптимальные спектральные ширины зондирующих импульсов будут различны.

На фиг. 1 приведена схема устройства для осуществления способа определения температуры нейтральных атомов в плазме; на фит. 2— расчетная кривая для определения температуры нейтральных атомов, где по оси абсцисс отложены значения )Ь Ц ДО по оси ординат — отношение флуоресцентных сигналов.

Излучение лазера 1 и излучение лазера 2 попадает в плазменный объем с временной сдвижкой, которая задается блоком управления

3. Полоса генерации лазеров на красителях задается селективными элементами 4 и 5 и может регулироваться.

Резонансно рассеянное излучение иэ плазмы

6 собирается линзой 7 и проецируется на ФЭУ

8, прошедшие зондирующие сигналы попадают на .

ФЭК 9. Сигналы с ФЭУ и ФЭК подаются на осциллограф 10, Измеренные амплитуды зондирующих импульсов и флуоресцентных сигналов позволяют определить температуру нейтральных атомов исследуемого вещества, используя расчетную кривую, приведенную на фиг. 2.

Для примера рассмотрим параметры аппаратуры, необходимой для измерения температуры нейтральных атомов водорода в плазме.

При температуре плазмы 7> p 200 эВ полная полуширина линии Н, (Яо=65б3 А ) составляет Ь Я = 7 A. Для измерения треL буются два источника эонди ркпцего излучения с Ь A = 15 Х и Ь = 3 А.

При температуре T . pq . 1 эВ

h3г,= 0,5 Х и дпя измерений требуются пва источника с ЬЯ» ч: 1 и Ë71 =0,2 A.

5 828943 6

В качестве таких источников могут быть ис- - регистрацией рассеянного плазмой излучения, пользованы лазеры на красителях. отличающийся тем, что, с целью

Таким образом, преимущества предлагаемого расширения диапазона измеряемых температур, способа . заключаются в следующем: повышения чувствительности и упрощения исрасширяется диапазон измеряемых темпера- э пользуемой аппаратуры, плазму зондируют тур нейтральных атомов эа счет отсутствия последовательно двумя электромагнитными сложной анализирующей аппаратуры; волнами с различной шириной спектра, причем

-снижается минимальный предел плотностей одна иэ волн имеет спектральную ширину, нейтрального компонента, в котором возможно превышающую ширину резонансной линии amизмерение температуры; ма, другая волна имеет спектральную ширину существенно упрощается техника измерений меньше этой же резонансной линии, а темйвраи обработка результатов измерений. туру определяют по отношению получвнийх флуоресцентных сигналов.

ИсточниЫ информации, Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я >> принятые всь внимание при экспертизе

1. Диагностика плазмы. Под:ред.Р. Хадлстоув

Способ определения температуры нейтраль и С. Леонарда. М., "Мир", 1967, с. 247. иых атомов в плазме путем зондирования 2. Авторское свидетельство СССР У 586779> .электромагнйтными резонансными волнами и кл. Н 05 Н 1/00, 1976 (прототип).

Составитель C. Власенко

Техред М.Тенер

Редактор Н. Аристова

Корректор Г, Репютник

Заказ 10535/8

Тираж 862

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4