Eine Untersuchung von Langmuir ist ein Gerät genannt nach dem Nobelpreis-Gewinnen-Physiker Irving Langmuir, verwendet, um die Elektrontemperatur, die Elektrondichte und das elektrische Potenzial eines Plasmas zu bestimmen. Es arbeitet durch das Einfügen einer oder mehr Elektroden in ein Plasma, mit einem unveränderlichen oder zeitändernden elektrischen Potenzial zwischen den verschiedenen Elektroden oder zwischen ihnen und dem Umgebungsbehälter. Die gemessenen Ströme und Potenziale in diesem System erlauben den Entschluss von den physikalischen Eigenschaften des Plasmas.

I-V Eigenschaft der Scheide von Debye

Der Anfang der Untersuchungstheorie von Langmuir ist die I-V Eigenschaft der Scheide von Debye, d. h. die aktuelle Dichte, die in eine Oberfläche in einem Plasma als eine Funktion des Spannungsabfalls über die Scheide fließt. Die Analyse präsentiert hier zeigt an, wie die Elektrontemperatur, die Elektrondichte und das Plasmapotenzial aus der I-V Eigenschaft abgeleitet werden können. In einigen Situationen kann eine ausführlichere Analyse Information über die Ion-Dichte , die Ion-Temperatur oder die Elektronenergievertriebsfunktion (EEDF) nachgeben oder.

Ion-Sättigungsstrom-Dichte

Betrachten Sie zuerst eine zu einer großen negativen Stromspannung als beeinflusste Oberfläche. Wenn die Stromspannung im Wesentlichen groß genug ist, werden alle Elektronen (und irgendwelche negativen Ionen) zurückgetrieben. Die Ion-Geschwindigkeit wird das Scheide-Kriterium von Bohm befriedigen, das, genau genommen, eine Ungleichheit ist, aber das gewöhnlich geringfügig erfüllt wird. Das Bohm Kriterium in seiner Randform sagt, dass die Ion-Geschwindigkeit am Scheide-Rand einfach die gesunde durch gegebene Geschwindigkeit ist

.

Der Ion-Temperaturbegriff wird häufig vernachlässigt, der gerechtfertigt wird, wenn die Ionen kalt sind. Selbst wenn, wie man bekannt, die Ionen warm sind, ist die Ion-Temperatur gewöhnlich nicht bekannt, so, wie man gewöhnlich annimmt, ist sie einfach der Elektrontemperatur gleich. In diesem Fall läuft die Rücksicht der begrenzten Ion-Temperatur nur auf einen kleinen numerischen Faktor hinaus. Z ist der (durchschnittliche) Anklage-Staat der Ionen, und ist der adiabatische Koeffizient für die Ionen. Die richtige Wahl dessen ist eine Sache von einem Streit. Der grösste Teil des Analyse-Gebrauches, entsprechend isothermischen Ionen, aber eine kinetische Theorie weist darauf hin, dass, entsprechend einem Grad der Freiheit, passender ist. Für und, mit dem größeren Wert läuft auf den Beschluss hinaus, dass die Dichte kleinere Zeiten ist. Unklarheiten dieses Umfangs entstehen mehrere Plätze in der Analyse von Untersuchungsdaten von Langmuir und sind sehr schwierig sich aufzulösen.

Die Anklage-Dichte der Ionen hängt von der Anklage der Staat Z ab, aber Quasineutralität erlaubt, es einfach in Bezug auf die Elektrondichte als zu schreiben.

Mit diesen Ergebnissen haben wir die aktuelle Dichte zur Oberfläche wegen der Ionen. Die aktuelle Dichte an großen negativen Stromspannungen ist allein zu den Ionen und abgesehen von möglichen Scheide-Expansionseffekten erwartet, hängt von der Neigungsstromspannung nicht ab, so ist es

gekennzeichnet als die Ion-Sättigungsstrom-Dichte und wird durch gegeben

wo die Plasmarahmen, insbesondere die Dichte, diejenigen am Scheide-Rand sind.

Exponentialelektronstrom

Da der potenzielle Fall in der Scheide von Debye reduziert wird, sind die energischeren Elektronen im Stande, die potenzielle Barriere der elektrostatischen Scheide zu überwinden. Wir können die Elektronen am Scheide-Rand mit einem Vertrieb von Boltzmann, d. h., modellieren

außer dass der hohe Energieschwanz, der von der Oberfläche abrückt, vermisst wird, weil nur die niedrigeren Energieelektronen, die sich zur Oberfläche bewegen, widerspiegelt werden. Die höheren Energieelektronen überwinden das Scheide-Potenzial und werden absorbiert. Die Mittelgeschwindigkeit der Elektronen, die im Stande sind, den potenziellen Fall der Scheide zu überwinden, ist

\langle v_e \rangle = \frac

{\\int_ {v_ {e0}} ^\\infty f (v_x) \, v_x \, dv_x }\

{\\int_ {-\infty} ^\\infty f (v_x) \, dv_x }\

</Mathematik>,

wo die Abkürzungsgeschwindigkeit für das obere Integral ist

.

ist der potenzielle Fall über die Scheide von Debye, d. h. das Potenzial am Scheide-Rand minus das Potenzial der Oberfläche. Für einen potenziellen im Vergleich zur Elektrontemperatur großen Fall ist das Ergebnis

\langle v_e \rangle =

\sqrt {\\frac {k_BT_e} {2\pi m_e} }\\,

e^ {-e\phi_ {sch}/k_bt_e }\

</Mathematik>.

Mit diesem Ausdruck können wir den Elektronbeitrag zum Strom zur Untersuchung in Bezug auf den Ion-Sättigungsstrom als schreiben

j_ {elec} =

j_ {Ion} ^ {hat }\\sqrt {m_i/2\pi m_e }\\, gesessen

e^ {-e\phi_ {sch}/k_bt_e }\</Mathematik>,

gültig so lange ist der Elektronstrom nicht mehr als zwei- oder dreimal der Ion-Strom.

Das Schwimmen des Potenzials

Der Gesamtstrom ist natürlich die Summe des Ions und der Elektronströme:

j = j_ {Ion} ^ hat {gesessen}

\left (-1 + \sqrt {m_i/2\pi m_e }\\, e^ {-e\phi_ {sch}/k_bt_e} \right)

</Mathematik>.

Wir verwenden die Tagung, dass der Strom von der Oberfläche ins Plasma positiv ist. Eine interessante und praktische Frage ist das Potenzial einer Oberfläche, in die kein Nettostrom fließt. Es wird von der obengenannten Gleichung das leicht gesehen

.

Wenn wir die reduzierte Ion-Masse einführen, können wir schreiben

\Phi_ {fl} = (k_BT_e/e) \, (2.8 + 0.5\ln \mu_i)

</Mathematik>

Da das Schwimmpotenzial die experimentell zugängliche Menge ist, wird der Strom (unter der Elektronsättigung) gewöhnlich als geschrieben

j = j_ {Ion} ^ {gesessen}

\left (-1 + \, e^ {e (V_ {pr}-v_ {fl})/k_bt_e} \right)

</Mathematik>.

Elektronsättigungsstrom

Wenn das Elektrode-Potenzial dem gleich oder größer ist als das Plasmapotenzial, dann gibt es nicht mehr eine Scheide, um Elektronen zu widerspiegeln, und der Elektronstrom sättigt. Mit dem Ausdruck von Boltzmann für die Mittelelektrongeschwindigkeit, die oben gegeben ist mit und den Ion-Strom auf die Null setzend, würde die Elektronsättigungsstrom-Dichte sein

j_ {elec} ^ hat {gesessen}

j_ {Ion} ^ {hat }\\sqrt {m_i/\pi m_e} gesessen

j_ {Ion} ^ hat \left (24.2 * \sqrt {\\mu_i} \right) {gesessen}

</Mathematik>

Obwohl das der in theoretischen Diskussionen von Untersuchungen von Langmuir gewöhnlich gegebene Ausdruck ist, ist die Abstammung nicht streng, und die experimentelle Basis ist schwach. Die Theorie von doppelten verwendet layershttp://articles.adsabs.harvard.edu//full/seri/Ap+SS/0055//0000065.000.html normalerweise einen Ausdruck, der dem Kriterium von Bohm, aber mit den Rollen von Elektronen und Ionen analog ist, umgekehrt, nämlich

j_ {elec} ^ hat {gesessen}

en_e \sqrt {k_B (\gamma_eT_e+T_i)/m_e }\

j_ {Ion} ^ {hat }\\sqrt {m_i/m_e} gesessen

j_ {Ion} ^ hat \left (42.8 * \sqrt {\\mu_i} \right) {gesessen}

</Mathematik>

wo der numerische Wert durch die Einnahme von T=T und γ =γ gefunden wurde.

In der Praxis ist es häufig schwierig und gewöhnlich überlegtes uninformativ, um den Elektronsättigungsstrom experimentell zu messen. Wenn es gemessen wird, wie man findet, ist es hoch variabel und allgemein (ein Faktor drei oder mehr) viel niedriger als der Wert, der oben gegeben ist. Häufig wird eine klare Sättigung überhaupt nicht gesehen. Das Verstehen der Elektronsättigung ist eines der wichtigsten hervorragenden Probleme der Untersuchungstheorie von Langmuir.

Effekten des Hauptteil-Plasmas

Scheide-Theorie von Debye erklärt das grundlegende Verhalten von Untersuchungen von Langmuir, aber ist nicht abgeschlossen. Bloß das Einfügen eines Gegenstands wie eine Untersuchung in ein Plasma ändert die Dichte, die Temperatur und das Potenzial am Scheide-Rand und vielleicht überall. Das Ändern der Stromspannung auf der Untersuchung wird auch im Allgemeinen verschiedene Plasmarahmen ändern. Solche Effekten werden weniger gut verstanden als Scheide-Physik, aber sie können mindestens in einigen Fällen grob erklärt werden.

Vorscheide

Das Bohm Kriterium verlangt, dass die Ionen in die Scheide von Debye mit der gesunden Geschwindigkeit eingehen. Der potenzielle Fall, der sie zu dieser Geschwindigkeit beschleunigt, wird die Vorscheide genannt. Es hat eine Raumskala, die von der Physik der Ion-Quelle abhängt, aber die im Vergleich zur Länge von Debye und häufig der Ordnung der Plasmadimensionen groß ist. Der Umfang des potenziellen Falls ist (mindestens) gleich

\Phi_ {pre} = \frac {\\frac {1} {2} m_ic_s^2} {Ze} = k_B (T_e+Z\gamma_iT_i) / (2Ze)

</Mathematik>

Die Beschleunigung der Ionen hat auch eine Abnahme in der Dichte, gewöhnlich durch einen Faktor von ungefähr 2 abhängig von den Details zur Folge.

Spezifischer Widerstand

Kollisionen zwischen Ionen und Elektronen werden auch die I-V Eigenschaft einer Untersuchung von Langmuir betreffen. Wenn eine Elektrode zu jeder Stromspannung außer dem Schwimmpotenzial, der Strom es beeinflusst wird, müssen Attraktionen das Plasma durchführen, das einen begrenzten spezifischen Widerstand hat. Der spezifische Widerstand und aktuelle Pfad können mit der Verhältnisbequemlichkeit in einem unmagnetisierten Plasma berechnet werden. In einem magnetisierten Plasma ist das Problem viel schwieriger. In jedem Fall ist die Wirkung, einen Spannungsabfall hinzuzufügen, der zum gezogenen Strom proportional ist, der die Eigenschaft schert. Die Abweichung von einer Exponentialfunktion ist gewöhnlich nicht möglich, direkt zu beobachten, so dass das Flachdrücken der Eigenschaft gewöhnlich als eine größere Plasmatemperatur missdeutet wird. Darauf von der anderen Seite schauend, hat irgendwelcher gemessen I-V Eigenschaft kann als ein heißes Plasma interpretiert werden, wo der grösste Teil der Stromspannung in der Scheide von Debye, oder als ein kaltes Plasma fallen gelassen ist, wo der grösste Teil der Stromspannung im Hauptteil-Plasma fallen gelassen ist. Ohne das quantitative Modellieren des spezifischen Hauptteil-Widerstands können Untersuchungen von Langmuir nur eine obere Grenze auf der Elektrontemperatur vorschreiben.

Scheide-Vergrößerung

Es ist nicht genug, die aktuelle Dichte als eine Funktion der Neigungsstromspannung zu wissen, da es der absolute Strom ist, der gemessen wird. In einem unmagnetisierten Plasma wird das Strom sammelnde Gebiet gewöhnlich genommen, um die ausgestellte Fläche der Elektrode zu sein. In einem magnetisierten Plasma wird das geplante Gebiet, d. h. das Gebiet der Elektrode, wie angesehen, entlang dem magnetischen Feld genommen. Wenn die Elektrode nicht shadowed durch eine Wand oder anderen nahe gelegenen Gegenstand ist, dann muss das Gebiet verdoppelt werden, um für Strom verantwortlich zu sein, der das Feld von beiden Seiten mitkommt. Wenn die Elektrode-Dimensionen im Vergleich mit der Länge von Debye nicht klein sind, dann wird die Größe der Elektrode in allen Richtungen durch die Scheide-Dicke effektiv vergrößert. In einem magnetisierten Plasma, wie man manchmal annimmt, wird die Elektrode auf eine ähnliche Weise durch das Ion Radius von Larmor vergrößert.

Der begrenzte Radius von Larmor erlaubt einigen Ionen, die Elektrode zu erreichen, die vorbei daran sonst gegangen wäre. Die Details der Wirkung sind auf eine völlig konsequente Weise nicht berechnet worden.

Wenn wir uns auf das Untersuchungsgebiet einschließlich dieser Effekten als beziehen (der eine Funktion der Neigungsstromspannung sein kann) und machen Sie die Annahmen

• , und

und ignorieren Sie die Effekten von

spezifischer

• Hauptteil-Widerstand und
• Elektronsättigung,

dann wird die I-V Eigenschaft

wo.

Magnetisierter plasmas

Die Theorie von Untersuchungen von Langmuir ist viel komplizierter, wenn das Plasma magnetisiert wird. Die einfachste Erweiterung des unmagnetisierten Falls soll einfach das geplante Gebiet aber nicht die Fläche der Elektrode verwenden. Für einen langen von anderen Oberflächen weiten Zylinder reduziert das das wirksame Gebiet durch einen Faktor von π/2 = 1.57. Wie erwähnt, vorher könnte es notwendig sein, den Radius durch ungefähr das Thermalion Radius von Larmor, aber nicht über dem wirksamen Gebiet für den unmagnetisierten Fall zu vergrößern.

Der Gebrauch des geplanten Gebiets scheint, mit der Existenz einer magnetischen Scheide nah gebunden zu werden. Seine Skala ist das Ion Radius von Larmor mit der gesunden Geschwindigkeit, die normalerweise zwischen den Skalen der Scheide von Debye und der Vorscheide ist. Das Bohm Kriterium für Ionen, die in die magnetische Scheide eingehen, gilt für die Bewegung entlang dem Feld, während am Eingang zur Scheide von Debye es für die zur Oberfläche normale Bewegung gilt. Das läuft auf die Verminderung der Dichte durch den Sinus des Winkels zwischen dem Feld und der Oberfläche hinaus. Die verbundene Zunahme in der Länge von Debye muss in Betracht gezogen werden, wenn man Ion-Nichtsättigung wegen Scheide-Effekten denkt.

Besonders interessant und schwierig zu verstehen ist die Rolle von Quer-Feldströmen. Naiv würde man annehmen, dass der Strom zum magnetischen Feld entlang einer Fluss-Tube parallel ist. In vieler Geometrie wird diese Fluss-Tube an einer Oberfläche in einem entfernten Teil des Geräts enden, und dieser Punkt sollte selbst eine I-V Eigenschaft ausstellen. Das Nettoergebnis würde das Maß einer Eigenschaft der doppelten Untersuchung sein; mit anderen Worten, dem Ion-Sättigungsstrom gleicher Elektronsättigungsstrom.

Wenn dieses Bild im Detail betrachtet wird, wird es gesehen, dass die Fluss-Tube stürmen muss und das Umgebungsplasma darum spinnen muss. Der Strom in oder aus der Fluss-Tube muss mit einer Kraft vereinigt werden, die dieses Drehen verlangsamt. Kandidat-Kräfte sind Viskosität, Reibung mit neutrals und Trägheitskräfte, die mit Plasmaflüssen vereinigt sind, entweder unveränderlich sind oder das Schwanken. Es ist nicht bekannt, welche Kraft in der Praxis am stärksten ist, und tatsächlich es allgemein schwierig ist, jede Kraft zu finden, die stark genug ist, die wirklich gemessenen Eigenschaften zu erklären.

Es ist auch wahrscheinlich, dass das magnetische Feld eine entscheidende Rolle in der Bestimmung des Niveaus der Elektronsättigung spielt, aber keine quantitative Theorie ist bis jetzt verfügbar.

Elektrode-Konfigurationen

Sobald man eine Theorie der I-V Eigenschaft einer Elektrode hat, kann man fortfahren, sie zu messen und dann die Daten mit der theoretischen Kurve auszurüsten, um die Plasmarahmen herauszuziehen. Die aufrichtige Weise zu tun ist das, die Stromspannung auf einer einzelnen Elektrode zu kehren, aber, aus mehreren Gründen, werden Konfigurationen mit vielfachen Elektroden und/oder nur einen Teil der Eigenschaft erforschend, in der Praxis verwendet.

Einzelne Untersuchung

Die aufrichtigste Weise, die I-V Eigenschaft eines Plasmas zu messen, ist mit einer einzelnen Untersuchung, aus einer Elektrode bestehend, die mit einer Stromspannungsrampe hinsichtlich des Behälters beeinflusst ist. Die Vorteile sind Einfachheit der Elektrode und Überfülle der Information, d. h. man kann überprüfen, ob die I-V Eigenschaft die erwartete Form hat. Potenziell kann Zusatzinformation aus Details der Eigenschaft herausgezogen werden. Die Nachteile sind kompliziertere Beeinflussen- und Maß-Elektronik und eine schlechte Zeitentschlossenheit. Wenn Schwankungen da sind (wie sie immer sind) und das Kehren langsamer ist als die Schwankungsfrequenz (wie es gewöhnlich ist), dann ist der I-V der durchschnittliche Strom als eine Funktion der Stromspannung, die auf systematische Fehler hinauslaufen kann, wenn es analysiert wird, als ob es ein sofortiger I-V war. Die ideale Situation soll die Stromspannung an einer Frequenz über der Schwankungsfrequenz, aber noch unter der Ion-Zyklotron-Frequenz kehren. Das verlangt jedoch hoch entwickelte Elektronik und sehr viel Sorge.

Doppelte Untersuchung

Eine Elektrode kann hinsichtlich einer zweiten Elektrode, aber nicht zum Boden beeinflusst werden. Die Theorie ist dieser einer einzelnen Untersuchung ähnlich, außer dass der Strom auf den Ion-Sättigungsstrom sowohl für positive als auch für negative Stromspannungen beschränkt wird. Insbesondere wenn die zwischen zwei identischen Elektroden angewandte Stromspannung ist, wird durch den Strom gegeben;

Ich

I_ {Ion} ^ hat \left (-1 + \, e^ {e (V_2-V_ {fl})/k_bt_e} \right) {gesessen}

- I_ {Ion} ^ hat \left (-1 + \, e^ {e (V_1-V_ {fl})/k_bt_e} \right) {gesessen}

</Mathematik>,

der mit als ein Tangens hyperbolicus umgeschrieben werden kann:

I = I_ {Ion} ^ hat \tanh\left (\frac {1} {2 }\\, \frac {eV_ {Neigung}} {k_BT_e} \right) {gesessen}

</Mathematik>.

Ein Vorteil der doppelten Untersuchung besteht darin, dass keine Elektrode jemals über dem Schwimmen sehr weit ist, so werden die theoretischen Unklarheiten an großen Elektronströmen vermieden. Wenn es zur Probe mehr vom Exponentialelektronteil der Eigenschaft gewünscht wird, kann eine asymmetrische doppelte Untersuchung mit einer Elektrode verwendet werden, die größer ist als der andere. Die Eigenschaft ist in diesem Fall noch ein Tangens hyperbolicus, aber ausgewechselt vertikal. Ein anderer Vorteil besteht darin, dass es keine Verweisung auf den Behälter gibt, so ist es einigermaßen zu den Störungen in einem Radiofrequenzplasma geschützt. Andererseits teilt es die Beschränkungen einer einzelnen Untersuchung bezüglich der komplizierten Elektronik und schlechten Zeitentschlossenheit. Außerdem kompliziert die zweite Elektrode nicht nur das System, aber es macht es empfindlich gegen die Störung durch Anstiege im Plasma.

Dreifache Untersuchung

Eine elegante Elektrode-Konfiguration ist die dreifache Untersuchung, aus zwei Elektroden bestehend, die mit einer festen Stromspannung und einem Drittel beeinflusst sind, das schwimmt. Die Neigungsstromspannung wird gewählt, um ein paar Male die Elektrontemperatur zu sein, so dass die negative Elektrode den Ion-Sättigungsstrom zieht, der, wie das Schwimmpotenzial, direkt gemessen wird. Eine allgemeine Faustregel für diese Stromspannungsneigung ist 3mal die erwartete Elektrontemperatur in eV. Weil die voreingenommene Tipp-Konfiguration schwimmt, kann die positive Untersuchung höchstens einen Elektronstrom ziehen, der nur im Umfang und gegenüber in der Widersprüchlichkeit zum Ion-Sättigungsstrom gleich ist, der durch die negative Untersuchung gezogen ist, die gegeben ist durch:

- I_ {+} =I_ {-} =I_ {Ion} ^ {hat }\gesessen

</Mathematik>

und wie zuvor zieht der Schwimmtipp effektiv keinen Strom:

I_ {fl} =0

</Mathematik>.

Das Annehmen dass:

1.) Der Elektronenergievertrieb im Plasma ist Maxwellian,

2.) Der freie Mittelpfad der Elektronen ist größer als die Ion-Scheide über die Tipps und größer als der Untersuchungsradius und

3.) die Untersuchungsscheide-Größen sind viel kleiner als die Untersuchungstrennung,

dann kann der Strom zu jeder Untersuchung gelassen von zwei Teilen - der hohe Energieschwanz des Elektronvertriebs von Maxwellian und der Ion-Sättigungsstrom betrachtet werden:

I_ {Untersuchung} =-i_ {e} e^ {-e V_ {Untersuchung} / (k T_ {e})} + I_ {Ion} ^ {hat }\gesessen

</Mathematik>

wo der Strom ich Thermalstrom bin. Spezifisch,

I_ {e} = S J_ {e} = S n_ {e} e \sqrt {kT_ {e}/2 \pi m_ {e} }\

</Mathematik>,

wo S Fläche ist, ist J aktuelle Elektrondichte, und n ist Elektrondichte.

Wenn sie

annehmen, dass das Ion und der Elektronsättigungsstrom dasselbe für jede Untersuchung dann sind, nehmen die Formeln für den Strom zu jedem der Untersuchungstipps die Form an

I_ {+} =-i_ {e} e^ {-e V_ {+} / (k T_ {e})} + I_ {Ion} ^ {hat }\gesessen

</Mathematik>

I_ {-} =-i_ {e} e^ {-e V_ {-} / (k T_ {e})} + I_ {Ion} ^ {hat }\gesessen

</Mathematik>

I_ {fl} =-i_ {e} e^ {-e V_ {fl} / (k T_ {e})} + I_ {Ion} ^ {hat }\gesessen

</Mathematik>.

Es ist dann einfach, zu zeigen

\left (I_ {+} - I_ {fl}) / (I_ {+} - I_ {-}\\Recht) = \left (1-e^ {-e (V_ {fl}-v_ {+}) / (k T_ {e}) }\\Recht) / \left (1-e^ {-e (V_ {-}-v_ {+}) / (k T_ {e}) }\\Recht)

</Mathematik>

aber die Beziehungen vom obengenannten Spezifizieren, dass ich =-i und I=0 gebe

1/2 = \left (1-e^ {-e (V_ {fl}-v_ {+}) / (k T_ {e}) }\\Recht) / \left (1-e^ {-e (V_ {-}-v_ {+}) / (k T_ {e}) }\\Recht)

</Mathematik>,

eine transzendentale Gleichung in Bezug auf angewandte und gemessene Stromspannungen und den unbekannten T dass in der Grenze eV = e (V-V)>> k T, wird

(V_ {+}-v_ {fl}) = (k_BT_e/e) \ln 2

</Mathematik>.

D. h. der Stromspannungsunterschied zwischen den positiven und Schwimmelektroden ist zur Elektrontemperatur proportional. (Das war in den sechziger Jahren und siebziger Jahren besonders wichtig, bevor hoch entwickelte Datenverarbeitung weit verfügbar geworden ist.)

Die hoch entwickeltere Analyse von dreifachen Untersuchungsdaten kann solche Faktoren wie unvollständige Sättigung, Nichtsättigung, ungleiche Gebiete in Betracht ziehen.

Dreifache Untersuchungen sind im Vorteil der einfachen Beeinflussen-Elektronik (kein Fegen erforderlich), einfache Datenanalyse, ausgezeichnete Zeitentschlossenheit und Gefühllosigkeit zu potenziellen Schwankungen (ob auferlegt von einer rf Quelle oder innewohnenden Schwankungen). Wie doppelte Untersuchungen sind sie zu Anstiegen in Plasmarahmen empfindlich.

Spezielle Maßnahmen

Maßnahmen mit vier (tetra Untersuchung) oder fünf (penta Untersuchung) sind manchmal verwendet worden, aber der Vorteil gegenüber dreifachen Untersuchungen ist nie völlig überzeugend gewesen. Der Abstand zwischen Untersuchungen muss größer sein als die Länge von Debye des Plasmas, um eine überlappende Scheide von Debye zu verhindern.

Eine Untersuchung des Nadel-Tellers besteht aus einer kleinen Elektrode direkt vor einer großen Elektrode, die Idee, die ist, dass das Stromspannungskehren der großen Untersuchung das Plasmapotenzial am Scheide-Rand stören und dadurch die Schwierigkeit erschweren kann, die I-V Eigenschaft zu interpretieren. Das Schwimmpotenzial der kleinen Elektrode kann verwendet werden, um für Änderungen im Potenzial am Scheide-Rand der großen Untersuchung zu korrigieren. Experimentelle Ergebnisse von dieser Einordnung schauen viel versprechende aber experimentelle Kompliziertheit und restliche Schwierigkeiten in der Interpretation haben diese Konfiguration davon abgehalten, normal zu werden.

Verschiedene Geometrie ist für den Gebrauch als Ion-Temperaturuntersuchungen, zum Beispiel, zwei zylindrische Tipps vorgeschlagen worden, die vorbei an einander in einem magnetisierten Plasma rotieren. Da beschattende Effekten vom Ion Radius von Larmor abhängen, können die Ergebnisse in Bezug auf die Ion-Temperatur interpretiert werden. Die Ion-Temperatur ist eine wichtige Menge, die sehr schwierig ist zu messen. Leider ist es auch sehr schwierig, solche Untersuchungen auf eine völlig konsequente Weise zu analysieren.

Emissive dringt forschend ein verwenden eine Elektrode geheizt entweder elektrisch oder durch die Aussetzung vom Plasma. Wenn die Elektrode positiver beeinflusst wird als das Plasmapotenzial, werden die ausgestrahlten Elektronen zur Oberfläche zurückgezogen, so wird die I-V Eigenschaft kaum geändert. Sobald die Elektrode negativ in Bezug auf das Plasmapotenzial beeinflusst wird, werden die ausgestrahlten Elektronen zurückgetrieben und tragen einen großen negativen Strom bei. Der Anfall dieses Stroms oder, empfindlicher, der Anfall einer Diskrepanz zwischen den Eigenschaften eines unerhitzten und einer erhitzten Elektrode, ist ein empfindlicher Hinweis des Plasmapotenzials.

Um Schwankungen in Plasmarahmen zu messen, ist die Reihe von Elektroden Gebrauch, gewöhnlich ein - aber gelegentlich zweidimensional. Eine typische Reihe hat einen Abstand von 1 Mm und insgesamt 16 oder 32 Elektroden. Eine einfachere Einordnung, Schwankungen zu messen, ist eine negativ voreingenommene durch zwei Schwimmelektroden flankierte Elektrode. Der Strom der Ion-Sättigung wird als ein Stellvertreter für die Dichte und das Schwimmpotenzial als ein Stellvertreter für das Plasmapotenzial genommen. Das erlaubt ein raues Maß des unruhigen Partikel-Flusses

\Phi_ {turb}

\langle \tilde {n} _e \tilde {v} _ {E\times B} \rangle

\propto \langle

\tilde {ich} _ {Ion} ^ {gesessen} (\tilde {V} _ {fl, 2} - \tilde {V} _ {fl, 1})

\rangle

</Mathematik>

Praktische Rücksichten

Für das Laboratorium und technischen plasmas sind die Elektroden meistens Wolfram-Leitungen mehrere Tausendstel von einem Zoll dickem, weil sie einen hohen Schmelzpunkt haben, aber klein genug gemacht werden können, um das Plasma nicht zu stören. Obwohl der Schmelzpunkt etwas niedriger ist, wird Molybdän manchmal verwendet, weil es zur Maschine und dem Lot leichter ist als Wolfram. Für die Fusion plasmas werden Grafit-Elektroden mit Dimensionen von 1 bis 10 Mm gewöhnlich verwendet, weil sie den höchsten Macht-Lasten widerstehen (auch bei hohen Temperaturen sublimierend, anstatt zu schmelzen), und auf reduzierte bremsstrahlung Radiation (in Bezug auf Metalle) wegen der niedrigen Atomnummer von Kohlenstoff hinauslaufen können. Die zum Plasma ausgestellte Elektrode-Oberfläche, muss z.B durch das Isolieren von allen außer dem Tipp einer Leitungselektrode definiert werden. Wenn es bedeutende Absetzung geben kann, Materialien zu führen (Metalle oder Grafit), dann sollte der Isolator von der Elektrode durch eine Windung getrennt werden, um zu verhindern, zu kurzschließen.

In einem magnetisierten Plasma scheint es, am besten zu sein, eine Untersuchungsgröße zu wählen, die ein paar Male größer ist als das Ion Radius von Larmor. Ein Punkt des Streits ist, ob es besser ist, stolze Untersuchungen zu verwenden, wo der Winkel zwischen dem magnetischen Feld und der Oberfläche mindestens 15 ° oder Erröten-bestiegene Untersuchungen ist, die in den plasmagegenüberstehenden Bestandteilen eingebettet werden und allgemein einen Winkel von 1 bis 5 ° haben. Viele Plasmaphysiker fühlen sich bequemer mit stolzen Untersuchungen, die eine längere Tradition haben und vielleicht durch Elektronsättigungseffekten weniger gestört werden, obwohl das diskutiert wird. Erröten-bestiegene Untersuchungen, andererseits ein Teil der Wand seiend, sind weniger perturbative. Kenntnisse des Feldwinkels sind mit stolzen Untersuchungen notwendig, um die Flüsse zur Wand zu bestimmen, wohingegen es mit Erröten-bestiegenen Untersuchungen notwendig ist, die Dichte zu bestimmen.

In sehr heißem und dichtem plasmas, wie gefunden, in der Fusionsforschung, ist es häufig notwendig, die Thermallast auf die Untersuchung durch das Begrenzen der Belichtungszeit zu beschränken. Eine sich revanchierende Untersuchung wird auf einem Arm bestiegen, der umgezogen wird und zurück aus dem Plasma, gewöhnlich in ungefähr einer Sekunde entweder mittels eines pneumatischen Laufwerkes oder mittels eines elektromagnetischen Laufwerkes mit dem umgebenden magnetischen Feld. Untersuchungen des Knalls sind ähnlich, aber der Electodes-Rest hinter einem Schild und wird nur die wenigen Millimeter bewegt, die notwendig sind, um ihnen ins Plasma in der Nähe von der Wand zu bringen.

Eine Langmuir-Untersuchung kann vom Bord für auf der Ordnung von 15,000 amerikanischen Dollars gekauft werden, oder sie können von einem erfahrenen Forscher und/oder Techniker gebaut werden. Wenn man an Frequenzen weniger als 100 MHz arbeitet, ist es ratsam, blockierende Filter zu verwenden, und notwendige sich gründende Vorsichtsmaßnahmen zu nehmen.

In der niedrigen Temperatur plasmas, in dem die Untersuchung heiß nicht wird, kann Oberflächenverschmutzung ein Problem werden. Diese Wirkung kann magnetische Trägheit in der I-V-Kurve verursachen und kann den durch die Untersuchung gesammelten Strom beschränken. Ein Heizungsmechanismus oder ein Glühen entladen sich Plasma kann verwendet werden, um die Untersuchung zu reinigen und zu verhindern, Ergebnisse zu verführen.

Siehe auch

Liste von Plasma (Physik) Artikel