Способ измерения напряженности электрического поля

Способ измерения напряженности электрического поля

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

() 835213

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сею Советских

Сопнапистических

Республик

4 « (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 14.01.80 (21) 2872450/25 (51) М Кл з G 01 5 27ф4

G 01 N 27!66 с присоединением заявки—

Государстееиивй комитет

СССР ло аелатв изебретеиий а еткрмтий (23) Приоритет— (43) Опубликовано 30.04.82. Бюллетень № 16 (45) Дата опубликования описания 30.04.82 (53) УДК 533.9 (088.8) (72) Авторы 1 изобретения В. В. Минин, В. Э. Третьяков, Б. П. Яценко и Г. И.,азии (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Изобретение относится к технике измерения напряженности электрического поля, а точнее к бесконтактному измерению напряженности электрического поля в плазме несамостоятельного разряда, которая используется, например, в оптических квантовых генераторах.

Известен способ измерения напряженности электрического поля в плазме 11), основанный на использовании зондов Ленг- 10 мпора и заключающийся в том, что на два электрода, помещенные в плазму, подается от внешнего источника разность потен-. циалов, уменьшающая до нуля электрический ток на зонд, вызванный в цепи элек- 15 тродов электрическим полем плазмы. Недостаток этого способа заключается в том, что при измерении в неоднородном поле для повышения точности измерения зонды должны располагаться близко друг к дру- 0

ry, но при этом один из зондов оказывается в тени другого, т. е. заэкранированным от электронов или фотонов, индуцирующих несамостоятельный разряд, что приводит к ошибочным результатам. Кроме того, внесение зондов в плазму возмущает ее и может привести .к неустойчивости в несамостоятельном разряде.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ из- З0 мерения напряженности электрического поля по измерению спектральной плотности излучения плазмы 12), заключающийся в том, что с помотцью спектрального прибора измеряется контур спектральной линии и по ее ширине определяется электрическое поле в плазме. Недостатками такого способа являются большое время измерения нзза необходимости использовать спектральный прибор с высоким разрешением (не менее 0,01 нм для водородной плазмы, где штарковское уширение максимально), что приводит к большим потерям интенсивности регистрируемого излучения; ограничение области применения упомянутого способа из-за сопутствующего ударного уширения спектральных линий, которое появляется при давлении нейтрального га-. за порядка атмосферного и выше.

Целью предлагаемого способа является повышение точности измерения электрического поля плазмы несамостоятельного разряда, уменьшение времени измерения, расширение диапазона измерений на область высоких давлений нейтрального газа, достижение простоты и надежности работы изм ер ител ьной систем ы.

Зта .цель достигается тем, что в способе измерения напряженности электрического поля в плазме несамостоятельного разря835213

-,— з,(— Й®)) 4 /2 е

3чс щз/2сз

60 да, включающем измерение спектральной плотности излучения плазмы, измеряется спектральная плотность тормозного континуума, образующегося при рассеянии электронов на атомах и молекулах, по крайней мере на двух длинах волн, одна из которых находится вблизи максимума интенсивности излучения.

На фиг. 1 изображена схема измерения, на фиг. 2 — зависимости спектральной плотности излучения от длины волны, на фиг. 3 — отношение интенсивностей излучения для фиксированных длин волн.

Объект 1 излучает сплошной спектр. Линза 2 фокусирует излучение на входную щель спектрального прибора 3, например монохроматора, который выделяет две длины волны в заданном спектральном диапазоне.

Спектральную плотность тормозного излучения можно выразить следующим образом:

l„, d„= А J з f(a) 1/1 — Ьа/з 1(з — h ) -.,(=) +

hu) где У вЂ” концентрация молекул; и, — концентрация электронов;

h,.— энергия фотона; е — заряд электрона; ц — масса электрона; с — скорость света; г, — парцнальное сечение упругого рассеяния;

Яв) — функция распределения электронов по энергиям, нормированная на единицу: Р(з) 1 (3) о

Численное решение уравнения (1) на примере разряда в азоте представлено на фиг. 2 в виде зависимостей спектральной плотности излучения от длины волны для разных значений параметров Е/И, где Е— напряженность электрического поля, которая и подлежит определению. Видно, что в длинноволновой области спектра зависимость 1 от параметра EIN слабая. Для определенности скажем, что при изменении параметра EIN в два раза, интенсивность

I>, меняется примерно на 30%. В коротковолновой области спектра имеет место сильная, зависимость 1i от параметра EIN.

Здесь при изменениях параметра EIN ua десятки процентов интенсивность сплошного спектра изменяется в несколько раз.

Благодаря этому коротковолновая область спектпя ппиголна лля изменения папамет5

55 ра EIN, Очевидно, что если зафиксировать две длины волны Х, и Хз, то для каждого значения параметра EIN отношение интенсивностей излучения на этих длинах волн будет вполне определенным — (4) л, На фиг. 3 приведена рассчитанная для

N зависимость величины 1/ от параметра

EIN для Хз — — 1015 нм и 4=786 нм. Определив экспериментально спектральным прибором величину, можно определить параметры E/N плазмы, пользуясь расчетной зависимостью у=у (EIN). Если концентрация Ч в изучаемой плазме известна и в процессе измерения не меняется, в этом случае однозначно определяется напряженность поля E. Зависимость для разных значений Е/И можно получить и экспериментально, варьируя параметр Е/N.

Существует зависимость спектральной плотности тормозного континуума при рассеянии электронов на атомах и молекулах газа от напряженности электрического поля, а именно: для любого газа и смеси газов можно выбрать две длины волны, для которых будет иметь место слабая и сильная зависимости интенсивности излучения от параметра Е/И. Максимальная точность измерения будет в том случае, когда одна из длин волн выбрана вблизи максимума излучения плазмы.

В связи с использованием спектрального прибора низкого разрешения () 4 мм) регистрируемый световой поток по крайней мере в 400 раз больше чем в прототипе, что позволяет, например, при работе с импульсными разрядами проводить измерения за один импульс, не набирая т статистических измерений, в результате чего время измерения уменьшается в т раз.

Спектральный прибор низкого разрешения, используемый в предлагаемом способе, значительно проще и надежнее приборов для измерения ширины спектральных линий.

Предлагаемый способ измерения напряженности электрического поля в плазме несамостоятельного разряда повышает точность измерения, не вносит искажений в измеряемый объект, уменьшает время измерения и не имеет ограничения по давлению нейтрального газа в плазме.

Формула изобретения !

Способ измерения напряженности электрического поля в плазме несамостоятельного разряда, включающий измерение спектральной плотности излучения плазмы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и уменьшения времени из/ мерения, улучшения надежности работы измепительной системы. а также пасшипе835213 ния диапазона измерений на область высоких давлений нейтрального газа в разряде„ измеряется спектральная плотность тормозного континуума, образующегося при рассеянии электронов на атомах и молекулах, по крайней мере на двух длинах волн, одна из которых находится вблизи максимума интенсивности излучения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Козлов О. В. Электрический зонд в плазме. М., 1969, с. 36.

2. Грим Г. Уширение спектральных линий в плазме. М, 1978, с. 273.

111

Составитель А. Рахимов

Техред И. Заболотнова

Корректор C. Файн

Редактор П, Горькова

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

Заказ 363/270 Изд. № 127 Тираж 883 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5