Name: Construcción de sondas Langmuir y sondas emisivas para mediciones de potencial de plasma en plasmas de baja presión y baja temperatura (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-05-25T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 10 s
Description: Aprende a construir sondas Langmuir y emisivas con materiales de laboratorio accesibles para diagnóstico de plasmas de baja presión. Este protocolo facilita la investigación en física de plasmas.

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Este trabajo fue parcialmente financiado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE, por sus siglas en inglés), a través de la subvención DE-SC00114226, y la Fundación Nacional de Ciencias a través de las subvenciones PHY-1464741, PHY-1464838, PHY-1804654 y PHY-1804240
Homenaje a Noah Hershkowitz: Noah Hershkowitz hizo contribuciones innovadoras a la física del plasma, al tiempo que se ganó el respeto y la admiración de sus colegas y estudiantes, tanto como científico como ser humano.  "La física", explicó una vez, "es como un rompecabezas que es muy viejo. Todas las piezas están desgastadas. Sus bordes están desordenados. Algunas de las piezas se han juntado de manera incorrecta. Más o menos encajan, pero en realidad no están en los lugares correctos. El juego consiste en juntarlos de la manera correcta para descubrir cómo funciona el mundo.  Murió el 13 de noviembre de 2020 a los 79 años.

1. Construcción de sondas Langmuir y sondas emisivas para que quepan en una cámara de vacío
<ol><li>Sonda plana de Langmuir (consulte la Figura 5 para obtener más detalles)<ol><li>Tome un tubo de acero inoxidable de 1/4" de diámetro como eje de la sonda y doble un extremo al ángulo deseado de 90°.</li>
		<li>Corte el lado no doblado a una longitud para que la sonda pueda cubrir axialmente más de la mitad de la longitud de la cámara.</li>
		<li>Coloque el lado no doblado del eje a través del tubo de latón mediante un adaptador SS-4-UT-A-8 en combinación con un accesorio de tubo de unión B-810-6.</li>
		<li>Utilice un tubo de latón de 1/2" que se extienda fuera de las bridas personalizadas a través de una interfaz swagelok B-810-1-OR para proporcionar soporte axial para el eje de la sonda.</li>
		<li>Conecte el extremo no doblado del eje de la sonda a la carcasa BNC a través de un accesorio swagelok B-400-1-OR, como se muestra en la Figura 6.</li>
		<li>Coloque el alambre de níquel recubierto de oro a través de dos tubos de alúmina de un solo orificio (1/8" y 3/16" de diámetro) con el más grueso dentro del eje de la sonda, como se muestra en la Figura 7.</li>
		<li>Suelde por puntos un extremo de alambre de níquel recubierto de oro en un trozo de alambre pelado, que se suelda en el pasador del paso BNC en el extremo del eje de la sonda.</li>
		<li>Corte el alambre recubierto de oro a la longitud tal que la unión con el cable pelado encaje dentro del tubo de alúmina para evitar cortocircuitos con el eje de la sonda.</li>
		<li>Perfore una lámina de tantalio para hacer una punta de sonda Langmuir plana (1/4" de diámetro)</li>
		<li>Suelde por puntos el otro extremo del alambre de níquel recubierto de oro en el borde de la punta de la sonda y ajuste la punta de la sonda para que sea normal al eje de la placa delimitadora.</li>
		<li>Coloque la punta de la sonda un poco hacia adelante para que el cuerpo de la sonda no toque la placa delimitadora mientras toma medidas dentro de la funda.</li>
		<li>Selle todas las juntas con pasta cerámica (por ejemplo, cemento Sauereisen n.º 31) para aislar los componentes del circuito de la sonda del plasma. Use una pistola de calor para hornear las juntas de cerámica durante 5-10 minutos.</li>
		<li>Utilice un multímetro para medir la resistencia entre la punta de la sonda y el conector BNC. Si se demuestra la continuidad, la sonda está lista para ser colocada en la cámara de vacío.</li>
	</ol></li>
	<li>Construcción de una sonda emisiva cilíndrica (consulte la Figura 8 para obtener más detalles)<ol><li>Siga los pasos 1.1.1-1.1.4 y repita los pasos 1.1.5-1.1.7 en el mismo eje de la sonda dos veces, con la excepción de usar un tubo de alúmina de 1/8", de dos orificios en lugar de uno de un solo orificio.</li>
		<li>Corta el alambre de tungsteno de 0,025 mm de diámetro a aproximadamente 1 cm.</li>
		<li>Suelde por puntos el filamento de tungsteno en alambres recubiertos de oro.</li>
		<li>Selle todas las juntas con pasta cerámica y asegúrese de que la pasta cerámica no entre en contacto con el filamento de tungsteno.</li>
		<li>Compruebe la continuidad entre dos extremos BNC.</li>
	</ol></li>
</ol>2. Generar plasma
<ol><li>Encienda el medidor de iones para verificar la presión base antes de poner gas en la cámara. Proceda con la puesta a cero del manómetro de baratron si la presión está en el rango bajo de 10-6 Torr. De lo contrario, verifique la fuga en el sistema. Las posiciones de la válvula de aguja y el valor de cierre son abierto y cerrado, respectivamente.</li>
	<li>Utilice un destornillador de plástico para calibrar la pantalla del baratron hasta que el número flote entre ±0,01 mTorr.</li>
	<li>Cierre la válvula de aguja para que quede suavemente asentada en una posición cerrada.</li>
	<li>Abra la válvula de cierre. Compruebe que no haya ningún cambio de presión en la lectura del baratron.</li>
	<li>Gire lentamente la perilla de la válvula de aguja para liberar el gas en la cámara hasta que la presión alcance el requisito para el experimento. La presión de trabajo típica vástago de 10-5 ~ 2 x 10-3 Torr. Los gases de trabajo han incluido argón, xenón, criptón, oxígeno, etc.</li>
	<li>Encienda la fuente de alimentación de voltaje KEPCO y ajuste el voltaje a -60 voltios para proporcionar suficiente energía de electrones para la sección transversal de ionización máxima del argón. Encienda la fuente de alimentación de calefacción para los filamentos y ajuste lentamente el nivel hasta que la corriente de descarga lea el valor requerido. La corriente de descarga tiende a disminuir rápidamente en los primeros minutos. Siga ajustando el nivel de corriente durante unos 30 minutos hasta que la descarga se estabilice</li>
	<li>Conecte el suministro de voltaje a la placa delimitadora y ajuste la polarización al nivel deseado.</li>
</ol>3. Toma medidas
NOTA: Las trazas I-V para las sondas Langmuir y las sondas emisivas son adquiridas por una placa DAQ de 16 bits controlada por un programa Labview. Los detalles no se presentan aquí, ya que los diferentes usuarios tienen diferentes preferencias para tomar los datos. Sin embargo, existe un protocolo sobre cómo usar las sondas.
<ol><li>Tome la línea de carga: obtenga una traza I-V sin ninguna descarga de plasma en la cámara con todas las conexiones realizadas entre la sonda y su circuito de medición (consulte la Figura 9, la Figura 10 y la Figura 11 para la configuración UW-Madison y USD).</li>
	<li>Sondas Langmuir<ol><li>Limpie la punta de la sonda (este paso es crítico, ya que una sonda limpia exhibe una "rodilla" más afilada que una sonda sucia) polarizando la sonda positivamente para recolectar una gran corriente de electrones.<ol><li>Extraiga una corriente a través de la sonda con una fuente de alimentación variable y 50 ohmios a tierra de la máquina para calentar la punta y evaporar la capa de impurezas que se adhiere inmediatamente a la superficie de la sonda en el plasma y aumentar la resistividad superficial de la sonda.</li>
			<li>Aumente lentamente el sesgo positivo para superar el potencial de plasma, lo que permite que la sonda comience a extraer la corriente de saturación de electrones.</li>
			<li>Continuar elevando el potencial; Una vez que uno ve que la punta de la sonda brilla de color rojo cereza, la sonda está limpia. Es necesario tener una vista de la punta de la sonda en el plasma a través de una ventana de visualización de vacío.</li>
			<li>Tenga cuidado y esté atento al variar el sesgo de la sonda. Si se permite que la sonda se caliente demasiado, la punta de la sonda podría deformarse y pueden suceder cosas peores, como que la punta tenga agujeros, se evapore, se caiga; Los cables podrían derretirse y perder su aislamiento, y así sucesivamente.</li>
			<li>Conecte la sonda al circuito de adquisición y control de datos (esta es la parte que variará de un laboratorio a otro) y proceda a barrer el voltaje aplicado a la sonda mientras mide simultáneamente la corriente consumida por la sonda. Guarde el seguimiento I-V.</li>
		</ol></li>
		<li>Conecte la sonda al circuito de adquisición y control de datos (esta es la parte que variará de un laboratorio a otro) y proceda a barrer el voltaje aplicado a la sonda mientras mide simultáneamente la corriente consumida por la sonda. Guarde el seguimiento I-V.</li>
	</ol></li>
	<li>Sondas emisivas<ol><li>Repita el paso 3.2.2 con el circuito de adquisición y control de datos de la sonda emisiva.</li>
	</ol></li>
</ol>4. Análisis de datos
<ol><li>Sondas Langmuir (consulte la Figura 12, Figura 13 para obtener más detalles).<ol><li>Reste la línea de carga de la característica I-V total.</li>
		<li>Ajuste la corriente de saturación de iones y reste de las características I-V restantes.</li>
		<li>Tome el registro natural de corriente y represúrelo contra el voltaje de la sonda.</li>
		<li>Tome los ajustes lineales de la región de transición y la corriente de saturación por separado.</li>
		<li>Tome la inversa de la pendiente de la región de transición y obtenga el valor de temperatura del electrón.</li>
		<li>Obtenga la densidad del plasma conectando la corriente en el cruce donde las dos líneas ajustadas se cruzan entre sí en la Ec.3.</li>
		<li>Aplicar la técnica del punto de inflexión a la traza de la sonda Langmuir y determinar el potencial plasmático.</li>
	</ol></li>
	<li>Sonda emisiva (consulte la Figura 2).<ol><li>Repita los pasos 4.1.1-4.1.2 para las características I-V individuales y, a continuación, alise cada trazo.</li>
		<li>Diferencie cada trazo I-V y aplique el suavizado adecuado.</li>
		<li>Localice el pico de cada dI/dV suavizado (punto de inflexión).</li>
		<li>Aplique un ajuste lineal a los puntos de inflexión.</li>
		<li>Obtener el potencial de plasma localizando el cruce por cero de la línea ajustada.</li>
	</ol></li>
</ol>

<ol><li>Godyak, V. A., Alexandrovich, B. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparative+analyses+of+plasma+probe+diagnostics+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Comparative analyses of plasma probe diagnostics techniques.</a> Journal of Applied Physics. 118, 233302(2015).</li>
<li>Gurnett, D. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Cassini+Radio+and+Plasma+wave+investigation%5BTitle%5D)+AND+%22Space+Science+Reviews%22%5BJournal%5D)">The Cassini Radio and Plasma wave investigation.</a> Space Science Reviews. 114, 395-463 (2004).</li>
<li>Olson, J., Brenning, N., Wahlund, J. E., Gunell, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+interpretation+of+Langmuir+probe+data+inside+a+spacecraft+sheath%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">On the interpretation of Langmuir probe data inside a spacecraft sheath.</a> Review of Scientific Instruments. 81, 105106(2010).</li>
<li>Lebreton, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+ISL+Langmuir+probe+experiment+processing+onboard+DEMETER%3A+Scientific+objectives%2C+description+and+first+results%5BTitle%5D)+AND+%22Planetary+and+Space+Science%22%5BJournal%5D)">The ISL Langmuir probe experiment processing onboard DEMETER: Scientific objectives, description and first results.</a> Planetary and Space Science. 54, 472-486 (2006).</li>
<li>Godyak, V. A., Piejak, R. B., Alexandrovich, B. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurements+of+electron+energy+distribution+in+low-pressure+RF+discharges%5BTitle%5D)+AND+%22Plasma+Sources+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Measurements of electron energy distribution in low-pressure RF discharges.</a> Plasma Sources Science and Technology. 1, 36-58 (1992).</li>
<li>You, K. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+and+computational+investigations+of+the+effect+of+the+electrode+gap+on+capacitively+coupled+radio+frequency+oxygen+discharges%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Plasmas%22%5BJournal%5D)">Experimental and computational investigations of the effect of the electrode gap on capacitively coupled radio frequency oxygen discharges.</a> Physics of Plasmas. 26, 013503(2019).</li>
<li>Sobolewski, M. A., Kim, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effects+of+radio-frequency+bias+on+electron+density+in+an+inductively+coupled+plasma+reactor%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">The effects of radio-frequency bias on electron density in an inductively coupled plasma reactor.</a> Journal of Applied Physics. 102 (11), 113302(2007).</li>
<li>Godyak, V. A., Piejak, R. B., Alexandrovich, B. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electron+energy+distribution+function+measurements+and+plasma+parameters+in+inductively+coupled+argon+plasma%5BTitle%5D)+AND+%22Plasma+Sources+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Electron energy distribution function measurements and plasma parameters in inductively coupled argon plasma.</a> Plasma Sources Science and Technology. 11, 525-543 (2002).</li>
<li>Leonard, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasma+detachment+in+divertor+tokamaks%5BTitle%5D)+AND+%22Plasma+Physics+and+Controlled+Fusion%22%5BJournal%5D)">Plasma detachment in divertor tokamaks.</a> Plasma Physics and Controlled Fusion. 60, 044001(2018).</li>
<li>Loarte, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasma+detachment+in+JET+Mark+I+divertor+experiments%5BTitle%5D)+AND+%22Nuclear+Fusion%22%5BJournal%5D)">Plasma detachment in JET Mark I divertor experiments.</a> Nuclear Fusion. 38, 331-371 (1998).</li>
<li>Matthews, G. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tokamak+plasma+diagnosis+by+electrical+probes%5BTitle%5D)+AND+%22Plasma+Physics+and+Controlled+Fusion%22%5BJournal%5D)">Tokamak plasma diagnosis by electrical probes.</a> Plasma Physics and Controlled Fusion. 36, 1595-1628 (1994).</li>
<li>Langmuir, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+pressure+effect+and+other+phenomena+in+gaseous+discharges%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+Franklin+Institute%22%5BJournal%5D)">The pressure effect and other phenomena in gaseous discharges.</a> Journal of the Franklin Institute. 196, 751-762 (1923).</li>
<li>Hutchinson, I. H. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHutchinson%2C+IH+%22Principles+of+Plasma+Diagnostics.+2nd.+Ed%22">Principles of Plasma Diagnostics. 2nd. Ed</a>. , Cambridge University Press. Cambridge UK. (2002).</li>
<li>Hershkowitz, N. How Langmuir Probes Work. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHershkowitz%2C+N+%22Plasma+Diagnostics+Volume+1+Discharge+Parameters+and+Chemistry%22">Plasma Diagnostics Volume 1 Discharge Parameters and Chemistry</a>. Auciello, N., Flamm, D. L. , Academic Press. Boston. 114(1989).</li>
<li>Lee, H. C., Lee, J. K., Chung, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evolution+of+the+electron+energy+distribution+and+E-H+mode+transition+in+inductively+coupled+nitrogen+plasma%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Plasmas%22%5BJournal%5D)">Evolution of the electron energy distribution and E-H mode transition in inductively coupled nitrogen plasma.</a> Physics of Plasmas. 17, 033506(2010).</li>
<li>Amemiya, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmas+with+negative+ions-probe+measurements+and+charge+equilibrium%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physics+D%3A+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Plasmas with negative ions-probe measurements and charge equilibrium.</a> Journal of Physics D: Applied Physics. 23, 999(1990).</li>
<li>Andreu, J., Sardin, G., Esteve, J., Morenza, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Filament+discharge+plasma+of+argon+with+electrostatic+confinement%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physics+D%3A+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Filament discharge plasma of argon with electrostatic confinement.</a> Journal of Physics D: Applied Physics. 18, 1339-1345 (1985).</li>
<li>Bohm, D. Minimum Kinetic Energy Requirement for a Stable Sheath. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBohm%2C+D+%22The+Characteristics+of+Electrical+Discharges+in+Magnetic+Fields%22">The Characteristics of Electrical Discharges in Magnetic Fields</a>. Guthrie, A., Wakering, R. K. , McGraw-Hill. (1949).</li>
<li>Chen, F. F. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aChen%2C+FF+%22Introduction+to+Plasma+Physics+and+Controlled+Fusion%2C+3rd+Ed%22">Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion, 3rd Ed</a>. , Springer. Switzerland. (2016).</li>
<li>Sheehan, J. P., Hershkowitz, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emissive+probes%5BTitle%5D)+AND+%22Plasma+Sources+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Emissive probes.</a> Plasma Sources Science and Technology. 20, 063001(2011).</li>
<li>Barnat, E. V., Laity, G. R., Baalrud, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Response+of+the+plasma+to+the+size+of+an+anode+electrode+biased+near+the+plasma+potential%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Plasmas%22%5BJournal%5D)">Response of the plasma to the size of an anode electrode biased near the plasma potential.</a> Physics of Plasmas. 21, 103512(2014).</li>
<li>Mausbach, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Parametrization+of+the+Laframboise+theory+for+cylindrical+Langmuir+probe+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vacuum+Science+and+Technology+A%22%5BJournal%5D)">Parametrization of the Laframboise theory for cylindrical Langmuir probe analysis.</a> Journal of Vacuum Science and Technology A. 15, 2923-2929 (1997).</li>
<li>Li, P., Hershkowitz, N., Wackerbarth, E., Severn, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+studies+of+the+difference+between+plasma+potentials+measured+by+Langmuir+probes+and+emissive+probes+in+presheaths%5BTitle%5D)+AND+%22Plasma+Sources+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Experimental studies of the difference between plasma potentials measured by Langmuir probes and emissive probes in presheaths.</a> Plasma Sources Science and Technology. 29, 025015(2020).</li>
<li>Goeckner, M. J., Goree, J., Sheridan, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurements+of+ion+velocity+and+density+in+the+plasma+sheath%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Fluids+B%3A+Plasma+Physics%22%5BJournal%5D)">Measurements of ion velocity and density in the plasma sheath.</a> Physics of Fluids B: Plasma Physics. 4, 1663(1992).</li>
<li>Lee, D., Hershkowitz, N., Severn, G. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurements+of+Ar%2B+and+Xe%2B+velocities+near+the+sheath+boundary+of+Ar-Xe+plasma+using+two+diode+lasers%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Measurements of Ar+ and Xe+ velocities near the sheath boundary of Ar-Xe plasma using two diode lasers.</a> Applied Physics Letters. 91, 041505(2007).</li>
<li>Yan, S., Kamal, H., Amundson, J., Hershkowitz, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Use+of+emissive+probes+in+high+pressure+plasma%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">Use of emissive probes in high pressure plasma.</a> Review of Scientific Instruments. 67 (12), 4130-4137 (1996).</li>
<li>Smith, J. R., Hershkowitz, N., Coakley, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inflection-point+method+of+interpreting+emissive+probe+characteristics%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">Inflection-point method of interpreting emissive probe characteristics.</a> Review of Scientific Instruments. 50, 210-218 (1979).</li>
<li>Campanell, M. D., Umansky, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strongly+Emitting+Surfaces+Unable+to+Float+below+Plasma+Potential%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Strongly Emitting Surfaces Unable to Float below Plasma Potential.</a> Physical Review Letters. 116, 085003(2016).</li>
<li>Kraus, B. F., Raitses, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Floating+potential+of+emitting+surfaces+in+plasmas+with+respect+to+the+space+potential%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Plasmas%22%5BJournal%5D)">Floating potential of emitting surfaces in plasmas with respect to the space potential.</a> Physics of Plasmas. 25, 030701(2018).</li>
<li>Yip, C. -S., Jin, C., Zhang, W., Xu, G. S., Hershkowitz, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+investigation+of+sheath+effects+on+I-V+traces+of+strongly+electron+emitting+probes%5BTitle%5D)+AND+%22Plasma+Sources+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Experimental investigation of sheath effects on I-V traces of strongly electron emitting probes.</a> Plasma Sources Science and Technology. 29, 025025(2020).</li>
</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

Las sondas de Langmuir se utilizan para medir el flujo de partículas en un rango extraordinariamente amplio de densidades y temperaturas de plasma, desde plasmas espaciales en los que la densidad de electrones es de unas pocas partículas de 106 m-3 hasta la región de borde de los plasmas de fusión donde la densidad de electrones es más bien de unas pocas veces 1020 m-3. Además, se han diagnosticado temperaturas de electrones entre 0,1 y unos pocos cientos de eV con sondas de La...

Durante este primer siglo de investigación en física del plasma, que data de los descubrimientos de Langmuir en la década de 1920 sobre el comportamiento de un nuevo estado de la materia, el plasma, la sonda Langmuir ha demostrado haber sido el diagnóstico más importante de los parámetros del plasma. Esto es cierto, en parte, debido a su extraordinario rango de aplicabilidad1. En el plasma encontrado por los satélites 2,3,4, en experimentos de procesamiento de semiconductores,5,6,7,8 en los bordes del plasma confinado en tokamaks,9,10,11 y en una amplia gama de experimentos básicos de física del plasma, se han utilizado sondas de Langmuir para medir densidades y temperaturas de plasma que abarcan los rangos de 10 8≤ne≤1019 m-3 y 10-3≤Te≤102eV , respectivamente. Simultáneamente, en la década de 1920, inventó la sonda que ahora lleva su nombre y la sonda emisiva12. La sonda emisiva se utiliza ahora principalmente como diagnóstico del potencial plasmático. Aunque no puede medir la amplitud de los parámetros del plasma que puede medir la sonda Langmuir, también es un diagnóstico de amplia utilidad cuando se trata de la medición del potencial del plasma, o, como a veces se le llama, el potencial espacial electrostático. Por ejemplo, la sonda emisiva puede medir con precisión los potenciales espaciales incluso en el vacío, donde las sondas Langmuir son incapaces de medir nada.
La configuración básica de la sonda Langmuir consiste en colocar un electrodo en el plasma y medir la corriente recolectada. Las características de corriente-voltaje (I-V) resultantes se pueden utilizar para interpretar parámetros de plasma como la temperatura de los electrones Te, la densidad de electrones ne y el potencial del plasma φ13. Para un plasma maxwelliano, la relación entre la corriente de electrones recolectada Ie (tomada como positiva) y el sesgo de la sonda VB se puede expresar como14:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ1v2.jpg">
donde Ie0 es la corriente de saturación de electrones,
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ2v2.jpg">
y donde S es el área colectora de la sonda, <img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ09.jpg"> es la densidad de electrones a granel, e es la carga del electrón, Te es la temperatura del electrón, me es la masa del electrón. La relación teórica de las características I-V para la corriente de electrones se ilustra de dos maneras en la Figura 1A y la Figura 1B. Tenga en cuenta que la Ec. (1a,b) solo se aplica a los electrones a granel. Sin embargo, las corrientes de la sonda Langmuir pueden detectar flujos de partículas cargadas, y se deben realizar ajustes en presencia de electrones primarios, haces de electrones o haces de iones, etc. Véase Hershkowitz14 para más detalles.
La discusión aquí toma el caso ideal de las funciones de distribución de energía de electrones (EEDF) de Maxwell. Por supuesto, hay muchas circunstancias en las que surgen las no-idealidades, pero éstas no son el tema de este trabajo. Por ejemplo, en los sistemas de plasma de grabado y deposición de procesamiento de materiales, generalmente generados y sostenidos por RF, hay materias primas de gas molecular que producen radicales químicos volátiles en el plasma y múltiples especies de iones, incluidos iones cargados negativamente. El plasma se vuelve electronegativo, es decir, tiene una fracción significativa de la carga negativa en el plasma cuasineutro en forma de iones negativos. En el plasma con neutros moleculares e iones, las colisiones inelásticas entre los electrones y las especies moleculares pueden producir caídas15 en las características corriente-voltaje, y la presencia de iones negativos fríos, fríos en relación con los electrones, puede producir distorsiones significativas16 en la vecindad del potencial del plasma, todas las cuales, por supuesto, son características no maxwellianas. Llevamos a cabo los experimentos en el trabajo discutido en este artículo en un plasma de descarga de CC de gas noble (argón) de una sola especie de iones, libre de este tipo de efectos no maxwellianos. Sin embargo, en estas descargas se encuentra típicamente un EEDF bi-Maxwelliano, causado por la presencia de emisión secundaria de electrones17 de las paredes de la cámara. Este componente de los electrones más calientes suele ser un par de múltiplos de la temperatura del electrón frío y menos del 1% de la densidad, normalmente fácilmente distinguible de la densidad y la temperatura de los electrones a granel.
A medida que VB se vuelve más negativo que φ, los electrones son parcialmente repelidos por el potencial negativo de la superficie de la sonda, y la pendiente del ln(Ie) frente a VB es e/Te, es decir. 1/TeV donde TeV es la temperatura del electrón en eV, como se muestra en la Figura 1B. Una vez que se determina TeV , la densidad plasmática se puede derivar como:
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ3v2.jpg">
La corriente iónica se deriva de manera diferente a la corriente de electrones. Se supone que los iones son "fríos" debido a su masa relativamente grande, Mi &gt;&gt; me, en comparación con la del electrón, por lo tanto, en un plasma débilmente ionizado, los iones están en un equilibrio térmico bastante bueno con los átomos de gas neutro, que están a la temperatura de la pared. Los iones son repelidos por la vaina de la sonda si VB ≥ φ y recogidos si VB &lt; φ. La corriente de iones recolectada es aproximadamente constante para las sondas con polarización negativa, mientras que el flujo de electrones a la sonda disminuye para los voltajes de polarización de la sonda más negativos que el potencial del plasma. Dado que la corriente de saturación de electrones es mucho mayor que la corriente de saturación de iones, la corriente total recogida por la sonda disminuye. A medida que el sesgo de la sonda se vuelve cada vez más negativo, la caída en la corriente recolectada es grande o pequeña a medida que la temperatura del electrón es fría o caliente, como se describió anteriormente en la Ec. (1a). La ecuación para la corriente iónica en esta aproximación es:
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ4v2.jpg">
Dónde
<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ5v2.jpg">
y
<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ6v2.jpg">
Observamos que el flujo iónico constante recogido por la sonda excede el flujo iónico térmico aleatorio debido a la aceleración a lo largo de la prevaina de la sonda y, por lo tanto, los iones alcanzan el borde de la vaina de la sonda a la velocidad de Bohm18, uB, en lugar de la velocidad térmica iónica19. Y los iones tienen una densidad igual a la de los electrones, ya que la vaina es cuasineutra. Comparando la corriente de saturación de iones y electrones en las Ec.5 y 2, observamos que la contribución de iones a la corriente de la sonda es menor que la de los electrones por un factor de <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ10.jpg">. Este factor es de aproximadamente 108 en el caso del plasma de argón.
Hay un punto de transición brusco en el que la corriente de electrones pasa de exponencial a constante, conocida como "rodilla". El sesgo de la sonda en la rodilla se puede aproximar como el potencial plasmático. En el experimento real, esta rodilla nunca es afilada, sino redondeada debido al efecto de carga espacial de la sonda, es decir, la expansión de la vaina que rodea a la sonda, y también a la contaminación de la sonda y el ruido del plasma13.
La técnica de la sonda de Langmuir se basa en la corriente de recogida, mientras que la técnica de la sonda emisiva se basa en la emisión de corriente. Las sondas emisivas no miden ni la temperatura ni la densidad. En cambio, proporcionan mediciones precisas del potencial de plasma y pueden operar en una variedad de situaciones debido al hecho de que son insensibles a los flujos de plasma. Las teorías y el uso de las sondas emisivas se discuten ampliamente en la revisión temática de Sheehan y Hershkowitz20, y las referencias en ella.
Para la densidad del plasma 1011 ≤ ne ≤ 1018 m-3, se recomienda la técnica del punto de inflexión en el límite de emisión cero, lo que significa tomar una serie de trazas I-V, cada una con diferentes corrientes de calentamiento del filamento, encontrando el voltaje de polarización del punto de inflexión para cada traza I-V, y extrapolar los puntos de inflexión al límite de emisión cero para obtener el potencial del plasma, como se muestra en la Figura 2.
Es una suposición común que las técnicas de Langmuir y de sonda emisiva concuerdan en el plasma cuasineutro, pero no están de acuerdo en la vaina, la región del plasma en contacto con el límite en el que aparece la carga espacial. El estudio se centra en el potencial plasmático cerca de los límites del plasma, en plasma de baja temperatura y baja presión, en un esfuerzo por probar esta suposición común. Para comparar las mediciones potenciales tanto de la sonda Langmuir como de la sonda emisiva, el potencial plasmático también se determina aplicando la técnica del punto de inflexión a la sonda Langmuir I-V, como se muestra en la Figura 3. Generalmente se acepta1 que el potencial de plasma se encuentra encontrando el voltaje de polarización de la sonda al que se diferencia la segunda derivada de la corriente recolectada con respecto al voltaje de polarización, <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ11.jpg">es decir, el pico de la curva dI/dV , con respecto al voltaje de polarización de la sonda. La Figura 3 muestra cómo se encuentra este máximo en dI/dV, el punto de inflexión de la característica corriente-voltaje.
Las sondas Langmuir (colectoras) y las sondas emisivas (emisoras) tienen diferentes características I-V, que también dependen de la geometría de la punta de la sonda, como se muestra en la Figura 4. El efecto de carga espacial de la sonda debe considerarse antes de la fabricación de la sonda. En los experimentos, para las sondas planas de Langmuir, utilizamos un disco plano de tantalio de 1/4". Podríamos recolectar más corriente y obtener señales más grandes con un disco más grande. Sin embargo, para que los análisis anteriores se apliquen, el área de la sonda, Ap debe mantenerse más pequeña que el área de pérdida de electrones de la cámara, Aw, satisfaciendo21 la desigualdad <img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ12.jpg">. Para la sonda cilíndrica Langmuir, utilizamos un alambre de tungsteno de 0,025 mm de espesor y 1 cm de largo para la sonda cilíndrica Langmuir y un mismo grosor para el alambre de tungsteno para la sonda emisiva. Es importante tener en cuenta que para las sondas cilíndricas de Langmuir, para los parámetros de plasma de estos experimentos, el radio de la punta de la sonda, rp, es mucho menor que su longitud, Lp, y menor que la longitud de Debye, λD; es decir, <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ13.jpg">, y <img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ14.jpg">. En este rango de parámetros, aplicando la teoría del Movimiento Orbital Limitado y el desarrollo de Laframboise de la misma22 para el caso de electrones e iones térmicos, encontramos que para voltajes de polarización de sonda iguales o mayores que el potencial de plasma, la corriente de electrones recolectada puede ser parametrizada por una función de la forma <img alt="Equation 15" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ15.jpg">, donde el exponente <img alt="Equation 16" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ16.jpg">. El punto importante aquí es que para valores de este exponente menores que la unidad, el método del punto de inflexión para determinar el potencial plasmático, como se describe en el párrafo anterior, también se aplica a las sondas cilíndricas de Langmuir.

<table><tbody><tr><td>Alambre de tungsteno de 0.001" de espesor</td><td>Servicio de tungsteno del Medio Oeste</td><td>0.001"</td><td>Filamento de sonda emisiva</td></tr><tr><td>Lámina de tantalio de 0.005" de espesor</td><td>Servicio de tungsteno del Medio Oeste</td><td>0.005"</td><td>Filamento calefactor para generar plasma</td></tr><tr><td>1/2" Tubo</td><td></td><td></td><td></td>de soporte de latón</tr><tr><td>Juego de férulas de latón de 1/4"</td><td>Swagelok</td><td>B-400-SET</td><td>Interfaz entre el eje de la sonda de acero inoxidable y el racor de tubo Swagelok</td></tr> de <tr><td>1/4" de diámetro exterior Tubo de acero inoxidable 304 o 315</td><td>Swagelok</td><td>SS-T4-S-035-20</td><td>Se utiliza para fabricar el eje de la sonda, pedido sin costura, vendido en longitudes de 20'</td></tr><tr><td>Tubos de alúmina</td><td>COORSTEK</td><td>65655, orificio simple 0.156" OD 0.094 ID</td><td>orificio simple, orificio doble, orificio cuádruple, uso para estructura de soporte para sondas emisivas y Langmuir entre la punta de la sonda y el eje</td></tr><tr><td>Manómetro Baratron</td><td>MKS</td><td>Tipo 127</td><td>Muestra la presión cuando hay gas fluyendo en la cámara</td></tr><tr><td>Racor de tubo Swagelok de latón</td><td>Swagelok</td><td>B-400-1-OR</td><td>Racores de tubo utilizados en la sonda</td></tr><tr><td>Racor de tubo Swagelok de latón</td><td>Swagelok</td><td>B-810-6</td><td>Racores de tubo utilizados en la sonda</td></tr><tr><td>Racor de tubo Swagelok de latón</td><td>Swagelok</td><td>B-810-1-OR</td><td>Racores de tubo utilizados en el </td></tr><tr><td>sonda Líquido cerámico</td><td>Sauereisen</td><td>Nº 31 Encapsulante cerámico Líquido</td><td>Mezcle con cemento Nº 31 potencia para hacer la pasta cerámica</td></tr><tr><td>Polvo cerámico</td><td>Sauereisen</td><td>Cemento Polvo Nº 31 Blanco roto</td><td>Hay cementos Saureisen que curan con agua, por ejemplo, Polvo No.10</td></tr><tr><td>Alambre de níquel chapado en oro</td><td>PRODUCTO</td><td></td> ELÉCTRICO SYLVANIA <td>soldado a la punta de la sonda para proporcionar soportes</td></tr><tr><td>Controlador de manómetro de iones</td><td>Granville-Phillips</td><td>270 Controlador de manómetro</td><td>Caliente el manómetro de iones y muestre la presión dentro de la cámara</td></tr><tr><td>Bomba mecánica</td><td>Leybold D60 D60AC</td><td>D60 D60AC</td><td>Reduzca la presión a ~ 10 mTorr y luego sirva como bomba de respaldo para la</td></tr> válvula de aguja de la bomba turbo <tr><td></td><td>Whitey</td><td>SS-22RS4</td><td>Válvula de micrómetro de microaguja dosificadora Tubo de 1/4" Accesorios Swagelok</td></tr><tr><td>Fuente de alimentación</td><td>Kepco</td><td>ATE 100-10M</td><td>Alimentación de polarización de voltaje de filamento calefactor</td></tr><tr><td>Fuente de alimentación</td><td>Sorensen</td><td>DCR 20-115B</td><td>Suministro de calefacción de la válvula de cierre del filamento calefactor</td></tr><tr><td></td><td>Kurt J. Lesker</td><td>Nupro SS-4BK</td><td>Mango de pomo, para tubo de 1/4", racores swagelok</td></tr><tr><td>Racor de vacío Ultra-Torr de acero inoxidable</td><td>Swagelok</td><td>SS-4-UT-A-8</td><td>Racores de tubo utilizados en la sonda</td></tr><tr><td>Alambre recubierto de teflón</td><td>Geyer Systems</td><td>P31546</td><td>Conecte el cable recubierto de oro al pin BNC</td></tr><tr><td>Bomba turbo</td><td>PFEIFFER</td><td>TPH 240 C</td><td>Reduzca la presión a 1E-6 Torr</td></tr><tr><td>Grasa de vacío</td><td>APIEZON</td><td>L Grasa de grado de vacío ultra alto</td><td>Grasa de vacío utilizada para lubricar el oring</td></tr><tr><td>Viton Orings</td><td>Grainger</td><td>#031</td><td>Round #031 Junta tórica de Viton de dureza media, 1.739" de diámetro interior, 1.879" O.D</td></tr><tr><td>Viton Orings</td><td>Grainger</td><td>#010</td><td>Redondo #010 Junta tórica de Viton de dureza media, 0.239" D.I., 0.379"O.D</td></tr></tbody></table>

construcción de sondas langmuir y sondas emisivas para mediciones de potencial de plasma en plasmas de baja presión y baja temperatura

Building Langmuir Probes and Emissive Probes for Plasma Potential Measurements in Low Pressure, Low Temperature Plasmas

Las sondas de Langmuir se han utilizado durante mucho tiempo en la investigación experimental de la física del plasma como el diagnóstico principal de los flujos de partículas (es decir, flujos de electrones e iones) y sus concentraciones espaciales locales, para las temperaturas de los electrones y para las mediciones del potencial del plasma electrostático, desde su invención por Langmuir a principios de la década de 1920. Las sondas emisivas se utilizan para medir los potenciales de plasma. Los protocolos expuestos en este trabajo sirven para demostrar cómo se pueden construir estas sondas para su uso en una cámara de vacío en la que se puede confinar y mantener una descarga de plasma. Esto implica técnicas de vacío para construir lo que es esencialmente un paso eléctrico, uno que es giratorio y traducible. Ciertamente, se pueden comprar sistemas completos de sondas Langmuir, pero también pueden ser construidos por el usuario con un considerable ahorro de costos y, al mismo tiempo, adaptarse más directamente a su uso en un experimento en particular. Describimos el uso de sondas Langmuir y sondas emisivas en el mapeo del potencial de plasma electrostático desde el cuerpo del plasma hasta la región de la vaina de un límite de plasma, que en estos experimentos es creado por un electrodo de polarización negativa sumergido dentro del plasma, con el fin de comparar las dos técnicas de diagnóstico y evaluar sus ventajas y debilidades relativas. Aunque las sondas de Langmuir tienen la ventaja de medir la densidad del plasma y la temperatura de los electrones con mayor precisión, las sondas emisivas pueden medir los potenciales electrostáticos del plasma con mayor precisión en todo el plasma, hasta la región de la vaina.

Hasta ahora se ha considerado que las sondas de Langmuir, conocidas por ser sensibles a los flujos y a la energía cinética de las partículas que recogen, proporcionan una medición válida del potencial del plasma, excepto en vainas. Sin embargo, las comparaciones directas de los potenciales plasmáticos medidos por las sondas de Langmuir y las sondas emisivas han demostrado que en la región cuasineutral de la prevaina del plasma inmediatamente en contacto con la vaina del lado del plasma, las sondas de Langmuir no proporci...

El objetivo principal de este trabajo es facilitar a los grupos de investigación que no están familiarizados con las sondas de Langmuir y las sondas emisivas su uso como diagnóstico de plasma, especialmente cerca de los límites del plasma. Para ello, demostramos cómo construir las sondas a partir de materiales y suministros fácilmente disponibles.

Construcción de sondas Langmuir y sondas emisivas para mediciones de potencial de plasma en plasmas de baja presión y baja temperatura

Langmuir probes have long been used in experimental plasma physics research as the primary diagnostic for particle fluxes (i.e., electron and ion fluxes) ...

Proporcionamos un protocolo paso a paso sobre cómo fabricar sondas Langmuir y sondas emisivas utilizando material de laboratorio fácilmente disponible para los investigadores que desean construirse a sí mismos. El uso de material fácilmente disponible en el laboratorio hace que sea más barato y fácil construir y mantener sondas electrostáticas para el diagnóstico de plasma, y hace que el sistema sea más adaptable a diferentes entornos de laboratorio. La interfaz de vacío utilizada en nuestro protocolo de construcción también se puede utilizar como métodos de alimentación para otros dispositivos de baja presión.Al realizar este protocolo, las técnicas de vacío, la comprobación de la continuidad eléctrica, el curado de la pasta cerámica y la gestión de la fragilidad de la sonda pueden parecer un reto al principio. Comience por construir las sondas de Langmuire. Tome un tubo de acero inoxidable de un cuarto de pulgada de diámetro como eje de la sonda.Corte el tubo de modo que la sonda pueda cubrir axialmente más de la mitad de la longitud de la cámara. Coloque el lado no doblado del eje a través de un tubo de latón mediante un adaptador SS-4-UT-A-8 en combinación con un accesorio de tubo de unión B-810-6. Utilice un tubo de latón de media pulgada que se extienda fuera de las bridas personalizadas a través de una interfaz B-810-1 O Swagelok para proporcionar soporte axial para el eje de la sonda.Conecte el extremo no doblado del eje de la sonda a la carcasa BNC a través de un racor B-400-1 O Swagelok. Coloque el alambre de níquel recubierto de oro a través de dos tubos de alúmina de un solo orificio, colocando el tubo más grueso dentro del eje de la sonda. Suelde por puntos un extremo de alambre de níquel recubierto de oro en un trozo de alambre pelado, que se saltea en el corral de alimentación BNC, al final del eje de la sonda.Luego, corte el alambre recubierto de oro para que la unión con el cable pelado encaje dentro del tubo de alúmina para evitar cortocircuitos con el eje de la sonda. Perfore una lámina de tantalio para hacer una punta de sonda Langmuir cepilladora de un cuarto de pulgada y suelde por puntos al otro extremo del alambre de níquel recubierto de oro en el borde de la punta, colocando la punta de la sonda normal al eje de la placa delimitadora. Coloque la punta de la sonda ligeramente hacia adelante para que el cuerpo de la sonda no toque la placa delimitadora mientras toma medidas dentro de la funda.Selle todas las juntas con pasta cerámica para aislar los componentes del circuito de la sonda del plasma y use un calentador para hornear las juntas de cerámica durante cinco a 10 minutos. Utilice un multímetro para medir la resistencia entre la punta de la sonda y el conector BNC. Si se demuestra la continuidad, la sonda está lista para ser colocada en la cámara de vacío.Para construir una sonda admisiva cilíndrica, siga el procedimiento descrito anteriormente con la excepción de usar un tubo de aluminio de un octavo de pulgada y dos orificios en lugar de uno de un solo orificio. Corta el alambre de tungsteno de 0,025 milímetros de diámetro a aproximadamente un centímetro y suelda por puntos el filamento de tungsteno en alambres recubiertos de oro. Selle las juntas alternativas con pasta cerámica, asegurándose de que la pasta no entre en contacto con el filamento de tungsteno.Compruebe la continuidad entre los dos extremos del BNC. Encienda el medidor de iones para verificar la presión base antes de poner gas en la cámara. De lo contrario, compruebe si hay fugas en el sistema.Utilice el lápiz para calibrar la pantalla del baratron hasta que el número flote dentro de más o menos 0,01 militorr. Asegúrese de que la válvula de aguja esté en una posición cerrada. A continuación, abra la válvula de cierre y compruebe que no haya ningún cambio de presión en la lectura del baratrón.Gire lentamente la perilla de la válvula de aguja para liberar el gas en la cámara hasta que se alcance la presión requerida. Encienda la fuente de alimentación de voltaje y ajuste el voltaje a menos 60 voltios para proporcionar suficiente energía de electrones para la sección transversal de ionización máxima de Argonne. A continuación, encienda la fuente de alimentación de calefacción de los filamentos y ajuste lentamente el nivel hasta que la corriente de descarga lea el valor requerido.Conecte el suministro de voltaje a la placa delimitadora y ajuste la polarización al nivel deseado. A continuación, proceda con la medición. Conecte la sonda al circuito de adquisición y control de datos, y proceda a barrer el voltaje aplicado a la sonda mientras mide simultáneamente la corriente consumida por la sonda.Guarde la traza de voltaje actual. Repita la adquisición de datos con las sondas admisivas, la adquisición de datos y el circuito de control. Las sondas de Langmuir se construyeron en cuatro configuraciones diferentes, y se etiquetaron como LPJ, siendo J un número entero de uno a cuatro.Los diseños de la sonda incluían la sonda cilíndrica Langmuir LP uno, la sonda Langmuir de doble cara, LP dos, la sonda Langmuir cepilladora, LP tres, con el lado orientado hacia la placa delimitadora sellada con pasta cerámica, y la sonda Langmuir plana, LP cuatro, con el lado opuesto a la placa delimitadora cubierta por pasta cerámica. Aquí se muestra la comparación entre las mediciones de potencial de la sonda Langmuir y una sonda misiva. Los cuatro tipos de sonda de Langmuir se compararon con las mediciones de una sonda misiva para determinar qué tan bien miden los potenciales de plasma cerca de los límites del plasma, específicamente en la región previa a la vaina.Se probaron diferentes diseños de sondas para determinar si la forma en que se utilizan las sondas Langmuir para medir los potenciales de plasma da resultados precisos. Todas las mediciones de la sonda Langmuir se compararon con las mediciones de la sonda admisiva del potencial plasmático. En la prevaina, todos los potenciales plasmáticos medidos por la sonda Langmuir difieren de los medidos por las sondas admisivas.La diferencia se amplía con la proximidad al borde de la vaina, creciendo a un valor de muchas temperaturas de electrones. Aquí se muestran los parámetros del plasma, como la temperatura, la densidad, las longitudes de compra y las longitudes de la vaina de Langmuir child obtenidas a partir de las mediciones por LP dos en la mayor parte del plasma. Estos parámetros ayudan a establecer buenas estimaciones del espesor nominal de la vaina para las sondas planas de Langmuir.Para realizar con éxito este protocolo, hornee todas las burbujas de aire al secar la pasta cerámica. Y antes de colocar la sonda en la cámara de vacío, no olvide realizar la verificación de continuidad entre la cinta de la sonda y el cabezal BNC, y también la verificación de instalación entre la cinta de la sonda y el eje de la sonda. Las sondas electrostáticas se utilizan para detectar y lanzar las ondas de plasma para medir la presencia de las inestabilidades del plasma y para mapear la estructura coherente que se encuentra en el plasma, como capas dobles y toneladas sólidas.

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Construcción de sondas Langmuir y sondas emisivas para mediciones de potencial de plasma en plasmas de baja presión y baja temperatura

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