Bau von Langmuir-Sonden und Emissionssonden für Plasmapotentialmessungen in Niederdruck- und Niedertemperaturplasmen

Peixuan Li; Noah Hershkowitz; Gregory Severn

doi:10.3791/61804

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Methodenartikel

Bau von Langmuir-Sonden und Emissionssonden für Plasmapotentialmessungen in Niederdruck- und Niedertemperaturplasmen

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DOI:

10.3791/61804

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25. Mai 2021

Peixuan Li^*¹ , Noah Hershkowitz^*¹ , Gregory Severn^*²

¹Department of Engineering Physics, University of Wisconsin, ²Department of Physics & Biophysics, University of San Diego

^* These authors contributed equally

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Das Hauptziel dieser Arbeit ist es, Forschungsgruppen, die mit Langmuir-Sonden und Emissionssonden nicht vertraut sind, die Verwendung als Plasmadiagnostik zu erleichtern, insbesondere in der Nähe von Plasmagrenzen. Wir tun dies, indem wir demonstrieren, wie die Sonden aus leicht verfügbaren Materialien und Verbrauchsmaterialien gebaut werden.

Zusammenfassung

Langmuir-Sonden werden seit ihrer Erfindung durch Langmuir in den frühen 1920er Jahren seit langem in der experimentellen Plasmaphysik als primäre Diagnose für Teilchenflüsse (d. h. Elektronen- und Ionenflüsse) und ihre lokalen räumlichen Konzentrationen, für Elektronentemperaturen und für elektrostatische Plasmapotentialmessungen verwendet. Emissionssonden werden zur Messung von Plasmapotentialen verwendet. Die in dieser Arbeit gezeigten Protokolle dienen dazu, zu demonstrieren, wie diese Sonden für den Einsatz in einer Vakuumkammer gebaut werden können, in der eine Plasmaentladung eingeschlossen und aufrechterhalten werden kann. Dabei handelt es sich um Vakuumtechniken zum Aufbau einer elektrischen Durchführung, die dreh- und verschiebbar ist. Sicherlich können komplette Langmuir-Sondensysteme erworben werden, aber sie können auch vom Benutzer mit erheblichen Kosteneinsparungen gebaut und gleichzeitig direkter an ihren Einsatz in einem bestimmten Experiment angepasst werden. Wir beschreiben die Verwendung von Langmuir-Sonden und Emissionssonden bei der Abbildung des elektrostatischen Plasmapotentials vom Plasmakörper bis zum Mantelbereich einer Plasmagrenze, die in diesen Experimenten durch eine negativ vorgespannte Elektrode erzeugt wird, die in das Plasma eingetaucht ist, um die beiden diagnostischen Techniken zu vergleichen und ihre relativen Vor- und Nachteile zu bewerten. Obwohl Langmuir-Sonden den Vorteil haben, die Plasmadichte und die Elektronentemperatur am genauesten zu messen, können emittierende Sonden elektrostatische Plasmapotentiale im gesamten Plasma bis einschließlich des Mantelbereichs genauer messen.

Einleitung

Während dieses ersten Jahrhunderts der plasmaphysikalischen Forschung, das auf Langmuirs Entdeckungen des mediumartigen Verhaltens eines neuen Materiezustands, des Plasmas, in den 1920er Jahren zurückgeht, hat sich die Langmuir-Sonde als die wichtigste Diagnostik von Plasmaparametern erwiesen. Dies ist zum Teil auf den außergewöhnlichen Anwendungsbereich zurückzuführen¹. In Plasma, das von Satelliten ^2,3,4 angetroffen wurde, in Halbleiterverarbeitungsexperimenten,5,6,7,8 an den Rändern des Plasmas, das in Tokamaks eingeschlossen