Создание зондов Ленгмюра и эмиссионных зондов для измерения плазменного потенциала в низкотемпературной плазме низкого давления

Peixuan Li; Noah Hershkowitz; Gregory Severn

doi:10.3791/61804

Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Создание зондов Ленгмюра и эмиссионных зондов для измерения плазменного потенциала в низкотемпературной плазме низкого давления

6K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/61804

⸱

25 мая 2021 г.

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

В этой статье

Краткое содержание

Основная цель этой работы — облегчить исследовательским группам, незнакомым с ленгмюровскими зондами и эмиссионными зондами, их использование для диагностики плазмы, особенно вблизи границ плазмы. Мы делаем это, демонстрируя, как создавать датчики из легкодоступных материалов и расходных материалов.

Аннотация

С момента своего изобретения Ленгмюром в начале 1920-х годов зонды Ленгмюра уже давно используются в экспериментальных исследованиях физики плазмы в качестве основного средства диагностики потоков частиц (т.е. потоков электронов и ионов) и их локальных пространственных концентраций, для измерения температуры электронов и электростатического потенциала плазмы. Для измерения потенциалов плазмы используются эмиссионные зонды. Протоколы, представленные в этой работе, служат для демонстрации того, как эти зонды могут быть построены для использования в вакуумной камере, в которой плазменный разряд может быть ограничен и поддерживаться. Это включает в себя вакуумные методы для создания того, что, по сути, является электрическим проходом, вращающимся и переводимым. Конечно, можно приобрести комплексные системы зондов Ленгмюра, но они также могут быть построены пользователем со значительной экономией средств и в то же время более непосредственно адаптированы к их использованию в конкретном эксперименте. Мы описываем использование ленгмюровских зондов и эмиссионных зондов для картирования электростатического плазменного потенциала от тела плазмы до области оболочки границы плазмы, которая в этих экспериментах создается отрицательно смещенным электродом, погруженным в плазму, с целью сравнения двух методов диагностики и оценки их относительных преимуществ и недостатков. Несмотря на то, что преимущество ленгмюровских зондов заключается в том, что они наиболее точно измеряют плотность плазмы и электронную температуру, излучающие зонды могут более точно измерять электростатические потенциалы плазмы по всей плазме, вплоть до области оболочки включительно.

Введение

В течение этого первого столетия исследований физики плазмы, начиная с открытий Ленгмюром в 1920-х годах среды нового состояния вещества, плазмы, зонд Ленгмюра оказался единственным наиболее важным средством диагностики параметров плазмы. Отчасти это верно из-за его необычайного диапазона применимости¹. В плазме, встречаемой спутниками ^2,3,4, в экспериментах по обработке полупроводников,5,6,7,8 на краях плазмы, заключенной в ....