Name: Costruzione di sonde Langmuir e sonde emissive per la misura del potenziale di plasma in plasmi a bassa pressione e bassa temperatura (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-05-25T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 10 s
Description: Scopri come costruire sonde Langmuir ed emissive per la diagnostica del plasma utilizzando materiali di laboratorio comuni. Questo protocollo dettagliato facilita l'accesso alla ricerca sui plasmi a bassa pressione.

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Questo lavoro è stato parzialmente finanziato dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), attraverso grantDE-SC00114226, e dalla National Science Foundation attraverso le sovvenzioni PHY-1464741, PHY-1464838, PHY-1804654 e PHY-1804240
Omaggio a Noah Hershkowitz: Noah Hershkowitz ha dato contributi rivoluzionari alla fisica del plasma, guadagnandosi il rispetto e l'ammirazione dei suoi colleghi e studenti, sia come scienziato che come essere umano.  "La fisica", spiegò una volta, "è come un puzzle molto vecchio. Tutti i pezzi sono consumati. I loro bordi sono incasinati. Alcuni pezzi sono stati messi insieme nel modo sbagliato. In un certo senso si adattano, ma in realtà non sono nei posti giusti. Il gioco consiste nel metterli insieme nel modo giusto per scoprire come funziona il mondo.  È morto il 13 novembre 2020, all'età di 79 anni.

1. Costruzione di sonde Langmuir e sonde emissive da inserire in una camera a vuoto
<ol><li>Sonda di Langmuir planare (vedere la Figura 5 per maggiori dettagli)<ol><li>Prendi un tubo in acciaio inossidabile da 1/4" di diametro come albero della sonda e piega un'estremità all'angolo di 90° desiderato.</li>
		<li>Tagliare il lato non piegato a una lunghezza tale che la sonda possa coprire assialmente più della metà della lunghezza della camera.</li>
		<li>Inserire il lato non piegato dell'albero attraverso il tubo di ottone tramite un adattatore SS-4-UT-A-8 in combinazione con un raccordo per tubo di raccordo B-810-6.</li>
		<li>Utilizzare un tubo di ottone da 1/2" che si estende dalle flange personalizzate attraverso un'interfaccia swagelok B-810-1-OR per fornire supporto assiale all'albero della sonda.</li>
		<li>Collegare l'estremità non piegata dell'albero della sonda all'alloggiamento BNC tramite un raccordo swagelok B-400-1-OR, come mostrato nella Figura 6.</li>
		<li>Inserire il filo di nichel rivestito in oro attraverso due tubi di allumina a foro singolo (1/8" e 3/16" di diametro) con quello più spesso che si inserisce all'interno dell'albero della sonda, come mostrato nella Figura 7.</li>
		<li>Saldare a punti un'estremità del filo di nichel rivestito d'oro su un pezzo di filo spellato, che viene saldato sul perno del passante BNC all'estremità dell'albero della sonda.</li>
		<li>Tagliare il filo rivestito d'oro a misura in modo che il giunto con il filo spellato si inserisca all'interno del tubo di allumina per evitare cortocircuiti con l'albero della sonda.</li>
		<li>Perforare un foglio di tantalio per creare una punta della sonda Langmuir planare (1/4" di diametro)</li>
		<li>Saldare a punti l'altra estremità del filo di nichel rivestito d'oro sul bordo della punta della sonda e impostare la punta della sonda in modo che sia normale all'asse della piastra di delimitazione.</li>
		<li>Posizionare la punta della sonda un po' in avanti in modo che il corpo della sonda non tocchi la piastra di delimitazione durante le misurazioni all'interno della guaina.</li>
		<li>Sigillare tutti i giunti con pasta ceramica (ad es. cemento Sauereisen n. 31) per isolare i componenti del circuito della sonda dal plasma. Usa una pistola termica per cuocere le fughe in ceramica per 5-10 minuti.</li>
		<li>Utilizzare un multimetro per misurare la resistenza tra la punta della sonda e il connettore BNC. Se viene dimostrata la continuità, la sonda è pronta per essere inserita nella camera a vuoto.</li>
	</ol></li>
	<li>Costruzione di una sonda emissiva cilindrica (vedere la Figura 8 per maggiori dettagli)<ol><li>Seguire i passaggi 1.1.1-1.1.4 e ripetere i passaggi 1.1.5-1.1.7 sullo stesso albero della sonda due volte, ad eccezione dell'utilizzo di un tubo in allumina a due fori da 1/8", invece di uno a foro singolo.</li>
		<li>Tagliare il filo di tungsteno di 0,025 mm di diametro a circa 1 cm.</li>
		<li>Saldare a punti il filamento di tungsteno su fili rivestiti d'oro.</li>
		<li>Sigillare tutte le fughe con pasta ceramica e assicurarsi che la pasta ceramica non penetri nel filamento di tungsteno.</li>
		<li>Controllare la continuità tra due estremità BNC.</li>
	</ol></li>
</ol>2. Generare plasma
<ol><li>Accendere il manometro ionico per controllare la pressione di base prima di immettere il gas nella camera. Procedere con l'azzeramento del manometro baratron se la pressione è compresa tra 10 e 6 Torr. In caso contrario, controllare la perdita nel sistema. Le posizioni della valvola a spillo e il valore di chiusura sono rispettivamente aperto e chiuso.</li>
	<li>Utilizzare un cacciavite di plastica per calibrare il display baratron fino a quando il numero non oscilla tra ±0,01 mTorr.</li>
	<li>Chiudere la valvola a spillo in modo che sia delicatamente posizionata in posizione chiusa.</li>
	<li>Aprire la valvola di intercettazione. Verificare che non vi siano variazioni di pressione sulla lettura del baratron.</li>
	<li>Ruotare lentamente la manopola della valvola a spillo per rilasciare il gas nella camera fino a quando la pressione non raggiunge il requisito per l'esperimento. La pressione di esercizio tipica deriva da 10-5 ~ 2 x 10-3 Torr. I gas di lavoro hanno incluso argon, xeno, kripton, ossigeno ecc.</li>
	<li>Accendere l'alimentatore KEPCO e impostare la tensione a -60 Volt per fornire energia elettronica sufficiente per la massima sezione d'urto di ionizzazione dell'argon. Accendere l'alimentazione di riscaldamento per i filamenti e regolare lentamente il livello fino a quando la corrente di scarica non legge il valore richiesto. La corrente di scarica tende a diminuire rapidamente nei primi minuti. Continuare a regolare il livello di corrente per circa 30 minuti fino a quando la scarica non si stabilizza</li>
	<li>Collegare l'alimentazione di tensione alla piastra perimetrale e regolare la polarizzazione al livello desiderato.</li>
</ol>3. Prendi le misure
NOTA: Le tracce I-V per le sonde Langmuir e le sonde emissive vengono acquisite da una scheda DAQ a 16 bit controllata da un programma Labview. I dettagli non sono presentati qui poiché utenti diversi hanno preferenze diverse per l'acquisizione dei dati. Tuttavia, esiste un protocollo per l'utilizzo delle sonde.
<ol><li>Prendi la linea di carico: ottieni una traccia I-V senza alcuna scarica di plasma nella camera con tutti i collegamenti effettuati tra la sonda e il suo circuito di misura (vedi Figura 9, Figura 10 e Figura 11 per la configurazione UW-Madison e USD).</li>
	<li>Sonde Langmuir<ol><li>Pulire la punta della sonda (questo passaggio è fondamentale, poiché una sonda pulita mostra un "ginocchio" più affilato di una sonda sporca) polarizzando positivamente la sonda per raccogliere una grande corrente di elettroni.<ol><li>Prelevare una corrente attraverso la sonda con alimentazione variabile e 50 Ohm alla macchina macinata per riscaldare la punta in modo da far evaporare lo strato di impurità che si attacca immediatamente alla superficie della sonda nel plasma e aumentare la resistività superficiale della sonda.</li>
			<li>Aumentare lentamente la polarizzazione in modo positivo per superare il potenziale del plasma, consentendo alla sonda di iniziare ad assorbire la corrente di saturazione degli elettroni.</li>
			<li>Continuare ad aumentare il potenziale; Una volta che si vede la punta della sonda illuminarsi di rosso ciliegia, la sonda è pulita. È necessario avere una visione della punta della sonda nel plasma attraverso una finestra a vuoto.</li>
			<li>Prestare attenzione e vigilanza mentre si varia la polarizzazione della sonda. Se si lascia che la sonda si surriscaldi, la punta della sonda stessa potrebbe deformarsi e possono accadere cose peggiori, come la punta che potrebbe avere dei buchi, potrebbe evaporare, potrebbe cadere; I fili potrebbero sciogliersi e perdere il loro isolamento, e così via.</li>
			<li>Collegare la sonda al circuito di acquisizione e controllo dei dati (questa è la parte che varierà da laboratorio a laboratorio) e procedere allo sweep della tensione applicata alla sonda misurando contemporaneamente la corrente assorbita dalla sonda. Salvare la traccia I-V.</li>
		</ol></li>
		<li>Collegare la sonda al circuito di acquisizione e controllo dei dati (questa è la parte che varierà da laboratorio a laboratorio) e procedere allo sweep della tensione applicata alla sonda misurando contemporaneamente la corrente assorbita dalla sonda. Salvare la traccia I-V.</li>
	</ol></li>
	<li>Sonde emissive<ol><li>Ripetere il passaggio 3.2.2 con il circuito di acquisizione dati e controllo della sonda emissiva.</li>
	</ol></li>
</ol>4. Analisi dei dati
<ol><li>Sonde Langmuir (vedere la Figura 12, la Figura 13 per maggiori dettagli).<ol><li>Sottrarre la linea di carico dalla caratteristica I-V totale.</li>
		<li>Adattare la corrente di saturazione ionica e sottrarre le restanti caratteristiche I-V.</li>
		<li>Prendi il log naturale della corrente e traccialo rispetto alla tensione della sonda.</li>
		<li>Prendere separatamente gli adattamenti lineari della regione di transizione e della corrente di saturazione.</li>
		<li>Prendiamo l'inverso della pendenza della regione di transizione e otteniamo il valore della temperatura dell'elettrone.</li>
		<li>Ottenere la densità del plasma inserendo la corrente all'incrocio in cui le due linee adattate si incrociano in Eq.3.</li>
		<li>Applicare la tecnica del punto di flesso alla traccia della sonda di Langmuir e determinare il potenziale plasmatico.</li>
	</ol></li>
	<li>Sonda emissiva (fare riferimento alla Figura 2).<ol><li>Ripetere i passaggi 4.1.1-4.1.2 per le singole caratteristiche I-V, quindi smussare ogni traccia.</li>
		<li>Differenziare ogni traccia I-V e applicare la levigatura appropriata.</li>
		<li>Individua il picco di ciascun dI/dV (punto di flesso) smussato.</li>
		<li>Applicare un adattamento lineare ai punti di flesso.</li>
		<li>Ottenere il potenziale di plasma individuando il passaggio per lo zero della linea adattata.</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>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Le sonde di Langmuir sono utilizzate per misure di flusso di particelle in una gamma straordinariamente ampia di densità e temperature del plasma, dai plasmi spaziali in cui la densità elettronica è di poche particelle 106 m-3 alla regione limite dei plasmi di fusione in cui la densità elettronica è più simile a poche volte 1020 m-3. Inoltre, temperature degli elettroni comprese tra 0,1 e qualche centinaio di eV sono state diagnosticate con le sonde di Langmuir. Le sonde Langmu...

Durante questo primo secolo di ricerca sulla fisica del plasma, risalente alle scoperte di Langmuir nel 1920 del comportamento simile al mezzo di un nuovo stato della materia, il plasma, la sonda di Langmuir ha dimostrato di essere stata la più importante diagnostica dei parametri del plasma. Ciò è vero in parte, a causa del suo straordinario campo di applicabilità1. Nel plasma incontrato dai satelliti 2,3,4, negli esperimenti di lavorazione dei semiconduttori,5,6,7,8 ai bordi del plasma confinato nei tokamak,9,10,11 e in un'ampia gamma di esperimenti di fisica del plasma di base, le sonde di Langmuir sono state utilizzate per misurare densità e temperature di plasma che coprono gli intervalli 108≤ne≤1019 m-3 e 10-3≤Te≤102eV , rispettivamente. Contemporaneamente, negli anni '20, inventò la sonda che ora porta il suo nome e la sonda emissiva12. La sonda emissiva viene ora utilizzata principalmente come diagnostica del potenziale plasmatico. Sebbene non sia in grado di misurare l'ampiezza dei parametri del plasma che può fare la sonda di Langmuir, anch'essa è una diagnostica di ampia utilità quando si tratta di misurare il potenziale del plasma, o, come a volte viene chiamato, il potenziale spaziale elettrostatico. Ad esempio, la sonda emissiva può misurare con precisione i potenziali spaziali anche nel vuoto, dove le sonde di Langmuir non sono in grado di misurare nulla.
La configurazione di base della sonda Langmuir consiste nell'inserire un elettrodo nel plasma e misurare la corrente raccolta. Le caratteristiche di corrente-tensione (I-V) risultanti possono essere utilizzate per interpretare i parametri del plasma come la temperatura dell'elettrone Te, la densità elettronica ne il potenziale del plasma φ13. Per un plasma maxwelliano, la relazione tra la corrente di elettroni raccolti Ie (considerata positiva) e la polarizzazione della sonda VB può essere espressa come14:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ1v2.jpg">
dove Ie0 è la corrente di saturazione dell'elettrone,
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ2v2.jpg">
e dove S è l'area di raccolta della sonda, <img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ09.jpg"> è la densità di elettroni di massa, e è la carica dell'elettrone, Te è la temperatura dell'elettrone, me è la massa dell'elettrone. La relazione teorica delle caratteristiche I-V per la corrente elettronica è illustrata in due modi nella Figura 1A e nella Figura 1B. Nota, l'Eq. (1a,b) si applica solo agli elettroni di massa. Tuttavia, le correnti della sonda di Langmuir possono rilevare flussi di particelle cariche e le regolazioni devono essere effettuate in presenza di elettroni primari, fasci di elettroni o fasci di ioni, ecc. Vedi Hershkowitz14 per maggiori dettagli.
La discussione qui riprende il caso ideale delle funzioni di distribuzione dell'energia elettronica maxwelliana (EEDF). Naturalmente, ci sono molte circostanze in cui sorgono le non-idealità, ma queste non sono l'argomento di questo lavoro. Ad esempio, nei sistemi al plasma di incisione e deposizione dei materiali, tipicamente generati e sostenuti da RF, ci sono materie prime di gas molecolari che producono radicali chimici volatili nel plasma e più specie ioniche, inclusi ioni caricati negativamente. Il plasma diventa elettronegativo, cioè ha una frazione significativa della carica negativa nel plasma quasineutro sotto forma di ioni negativi. Nel plasma con neutri molecolari e ioni, le collisioni anelastiche tra gli elettroni e le specie molecolari possono produrre cali15 nelle caratteristiche corrente-tensione, e la presenza di ioni negativi freddi, freddi rispetto agli elettroni, può produrre distorsioni significative16 in prossimità del potenziale plasmatico, che ovviamente sono tutte caratteristiche non maxwelliane. Abbiamo proseguito gli esperimenti nel lavoro discusso in questo articolo in una singola specie ionica gas nobile (argon) plasma a scarica DC, privo di questo tipo di effetti non-maxwelliani. Tuttavia, in queste scariche si trova tipicamente un EEDF bi-maxwelliano, causato dalla presenza di emissione secondaria di elettroni17 dalle pareti della camera. Questa componente degli elettroni più caldi è in genere un paio di multipli della temperatura dell'elettrone freddo e meno dell'1% della densità, in genere facilmente distinguibile dalla densità e dalla temperatura dell'elettrone di massa.
Quando VB diventa più negativo di φ, gli elettroni vengono parzialmente respinti dal potenziale negativo della superficie della sonda e la pendenza di ln(Ie) rispetto a VB è e/Te, cioè. 1/TeV dove TeV è la temperatura dell'elettrone in eV, come mostrato nella Figura 1B. Dopo aver determinato il TeV , la densità plasmatica può essere derivata come:
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ3v2.jpg">
La corrente ionica è derivata in modo diverso rispetto alla corrente elettronica. Si presume che gli ioni siano "freddi" a causa della loro massa relativamente grande, Mi &gt;&gt; me, rispetto a quella dell'elettrone, quindi, in un plasma debolmente ionizzato, gli ioni sono in equilibrio termico abbastanza buono con gli atomi di gas neutro, che si trovano alla temperatura di parete. Gli ioni vengono respinti dalla guaina della sonda se VB ≥ φ e raccolti se VB &lt; φ. La corrente ionica raccolta è approssimativamente costante per le sonde a polarizzazione negativa, mentre il flusso di elettroni alla sonda diminuisce per tensioni di polarizzazione della sonda più negative del potenziale di plasma. Poiché la corrente di saturazione degli elettroni è molto più grande della corrente di saturazione degli ioni, la corrente totale raccolta dalla sonda diminuisce. Man mano che la polarizzazione della sonda diventa sempre più negativa, la caduta di corrente raccolta è grande o piccola a seconda che la temperatura dell'elettrone sia fredda o calda, come descritto sopra nell'Eq. (1a). L'equazione per la corrente ionica in questa approssimazione è:
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ4v2.jpg">
dove
<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ5v2.jpg">
e
<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ6v2.jpg">
Notiamo che il flusso ionico costante raccolto dalla sonda supera il flusso ionico termico casuale a causa dell'accelerazione lungo la guaina della sonda e quindi gli ioni raggiungono il bordo della guaina della sonda alla velocità di Bohm18, uB, piuttosto che alla velocità termica dello ione19. E gli ioni hanno una densità uguale agli elettroni poiché la preguaina è quasi neutra. Confrontando la corrente di saturazione di ioni ed elettroni in Eqn.5 e 2, osserviamo che il contributo degli ioni alla corrente della sonda è inferiore a quello degli elettroni di un fattore di <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ10.jpg">. Questo fattore è di circa 108 nel caso del plasma di argon.
C'è un punto di transizione acuto in cui la corrente di elettroni passa da esponenziale a costante, noto come "ginocchio". La polarizzazione della sonda al ginocchio può essere approssimata come potenziale plasmatico. Nell'esperimento reale, questo ginocchio non è mai affilato, ma arrotondato a causa dell'effetto di carica spaziale della sonda, cioè l'espansione della guaina che circonda la sonda, e anche per la contaminazione della sonda e il rumore del plasma13.
La tecnica della sonda di Langmuir si basa sulla corrente di raccolta, mentre la tecnica della sonda emissiva si basa sull'emissione di corrente. Le sonde emissive non misurano né la temperatura né la densità. Al contrario, forniscono misurazioni precise del potenziale del plasma e possono funzionare in una varietà di situazioni grazie al fatto che sono insensibili ai flussi di plasma. Le teorie e l'uso delle sonde emissive sono ampiamente discusse nella revisione tematica di Sheehan e Hershkowitz20, e nei riferimenti in essa contenuti.
Per la densità del plasma 1011 ≤ ne ≤ 1018 m-3, si raccomanda la tecnica del punto di flesso nel limite di emissione zero, il che significa prendere una serie di tracce I-V, ciascuna con diverse correnti di riscaldamento del filamento, trovando la tensione di polarizzazione del punto di flesso per ogni traccia I-V ed estrapolare i punti di flesso al limite di emissione zero per ottenere il potenziale del plasma, come mostrato nella Figura 2.
E' un'ipotesi comune che le tecniche di Langmuir e delle sonde emissive concordino nel plasma quasineutro, ma non siano d'accordo nella guaina, la regione del plasma in contatto con il confine in cui appare la carica spaziale. Lo studio si concentra sul potenziale del plasma vicino ai confini del plasma, nel plasma a bassa temperatura e bassa pressione, nel tentativo di testare questa ipotesi comune. Per confrontare le misure di potenziale sia con la sonda di Langmuir che con la sonda emissiva, il potenziale del plasma viene determinato anche applicando la tecnica del punto di flesso alla sonda di Langmuir I-V, come mostrato nella Figura 3. È generalmente accettato1 che il potenziale del plasma si trova trovando la tensione di polarizzazione della sonda alla quale la derivata seconda della corrente raccolta si differenzia rispetto alla tensione di polarizzazione, <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ11.jpg">cioè il picco della curva dI/dV , rispetto alla tensione di polarizzazione della sonda. La Figura 3 mostra come si trova questo massimo in dI/dV, il punto di flesso della caratteristica corrente-tensione.
Le sonde Langmuir (raccoglitrici) e le sonde emissive (emittenti) hanno caratteristiche I-V diverse, che dipendono anche dalla geometria della punta della sonda, come mostrato nella Figura 4. L'effetto di carica spaziale della sonda deve essere considerato prima della fabbricazione della sonda. Negli esperimenti, per le sonde planari di Langmuir, abbiamo usato un disco planare di tantalio da 1/4". Potremmo raccogliere più corrente e ottenere segnali più grandi con un disco più grande. Tuttavia, affinché le analisi di cui sopra si applichino, l'area della sonda, Ap deve essere mantenuta più piccola dell'area di perdita di elettroni della camera, Aw, soddisfacendo21 la disuguaglianza <img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ12.jpg">. Per la sonda cilindrica di Langmuir, abbiamo utilizzato un filo di tungsteno di 0,025 mm di spessore e 1 cm di lunghezza per la sonda cilindrica di Langmuir e dello stesso spessore per il filo di tungsteno per la sonda emissiva. È importante notare che per le sonde cilindriche di Langmuir, per i parametri plasmatici di questi esperimenti, il raggio della punta della sonda, rp, è molto più piccolo della sua lunghezza, Lp, e più piccolo della lunghezza di Debye, λD; ovvero, <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ13.jpg">, e <img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ14.jpg">. In questo intervallo di parametri, applicando la teoria del Moto Orbitale Limitato e lo sviluppo di Lacrambonise22 per il caso di elettroni e ioni termici, troviamo che per tensioni di polarizzazione della sonda uguali o superiori al potenziale di plasma, la corrente di elettroni raccolti può essere parametrizzata da una funzione della forma <img alt="Equation 15" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ15.jpg">, dove l'esponente <img alt="Equation 16" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ16.jpg">. Il punto importante qui è che per valori di questo esponente inferiori all'unità, il metodo del punto di flesso per determinare il potenziale plasmatico, come descritto nel paragrafo precedente, si applica anche alle sonde cilindriche di Langmuir.

<table><tbody><tr><td>0,001 "filo di tungsteno spesso</td><td>Midwest Tungsteno Servizio</td><td>0,001 "</td><td>Filamento sonda emissiva</td></tr><tr><td>0,005" foglio di tantalio spesso</td><td>Midwest Tungsteno Servizio</td><td>0,005 "</td><td>Filamento di riscaldamento per generare plasma</td></tr><tr><td>1/2 "Tubo</td><td></td><td></td><td></td>di supporto in ottone</tr><tr><td>1/4" Set di puntali in ottone</td><td>Swagelok</td><td>B-400-SET</td><td>Interfaccia tra l'albero della sonda in acciaio inox e il raccordo del tubo swagelok</td></tr><tr><td>Tubo in acciaio inox da 1/4" OD 304 o 315</td><td>Swagelok</td><td>SS-T4-S-035-20</td><td>Utilizzato per realizzare l'albero della sonda, senza soluzione di continuità, venduto in lunghezze da 20' Tubi</td></tr> in <tr><td>allumina</td><td>COORSTEK</td><td>65655, foro singolo 0,156" OD 0,094 ID</td><td>foro singolo, doppio foro, foro quadruplo, utilizzare per la struttura di supporto sia per le sonde emissive che per quelle Langmuir tra la punta della sonda e l'albero</td></tr><tr><td>Manometro Baratron</td><td>MKS</td><td>Tipo 127</td><td>Visualizzazione della pressione quando c'è del gas che scorre nella camera</td></tr><tr><td>Raccordo per tubi Swagelok in ottone</td><td>Swagelok</td><td>B-400-1-OR</td><td>Raccordi per tubi utilizzati sulla sonda</td></tr><tr><td>Raccordo per tubi Swagelok in ottone Swagelok</td><td></td><td>B-810-6</td><td>Raccordi per tubi utilizzati sulla sonda</td></tr><tr><td>Raccordo per tubi Swagelok in ottone Swagelok</td><td></td><td>B-810-1-OR</td><td>Raccordi per tubi utilizzati sul sonda</td></tr><tr><td>Liquido ceramico</td><td>Sauereisen</td><td>n. 31 Miscela liquida incapsulante in ceramica</td><td>con il potere del cemento n. 31 per fare la pasta ceramica</td></tr><tr><td>Polvere di ceramica Polvere</td> di cemento <td>Sauereisen</td><td>n. 31 Bianco sporco</td><td>Ci sono cementi Saureisen che polimerizzano con acqua, ad esempio No.10 Polvere</td></tr><tr><td>Filo di nichel placcato in oro</td><td>PRODOTTO ELETTRICO</td><td></td><td>SYLVANIA saldato a spod alla punta della sonda per fornire supporti</td></tr><tr><td>Controllore del manometro ionico</td><td>Granville-Phillips</td><td>270 Controllore del manometro</td><td>Riscaldare il manometro ionico e visualizzare la pressione all'interno della camera</td></tr><tr><td>Pompa meccanica</td><td>Leybold D60 D60AC</td><td>D60 D60AC</td><td>Abbassare la pressione a ~10 mTorr, quindi fungere da pompa primaria per la valvola a spillo della pompa turbo</td></tr><tr><td></td><td>Whitey</td><td>SS-22RS4</td><td>Valvola micrometrica a micro-ago dosatrice Tubo da 1/4" Raccordi Swagelok</td></tr><tr><td>Alimentazione</td><td>Kepco</td><td>ATE 100-10M</td><td>Alimentazione di polarizzazione della tensione del filamento riscaldante</td></tr><tr><td>Alimentazione</td><td>elettrica Sorensen</td><td>DCR 20-115B</td><td>Alimentazione del riscaldamento della valvola di intercettazione del filamento riscaldante</td></tr><tr><td></td><td>Kurt J. Lesker</td><td>Nupro SS-4BK</td><td>Maniglia a manopola, per tubi da 1/4", raccordi swagelok</td></tr><tr><td>Raccordo per vuoto Ultra-Torr in acciaio inossidabile</td><td>Swagelok</td><td>SS-4-UT-A-8</td><td>Raccordi per tubi utilizzati sulla sonda</td></tr><tr><td>Filo rivestito in teflon</td><td>Geyer Systems</td><td>P31546</td><td>Collegare il filo rivestito d'oro al pin BNC</td></tr><tr><td>Turbo pompa</td><td>PFEIFFER</td><td>TPH 240 C</td><td>Abbassare la pressione a 1E-6</td></tr><tr><td>Torr Grasso per vuoto</td><td>APIEZON</td><td>L Grasso per vuoto ultra alto Grasso</td><td>per vuoto utilizzato per lubrificare l'oring</td></tr><tr><td>Viton Orings</td><td>Grainger</td><td>#031</td><td>Round #031 Medium Hard Viton O-Ring, 1.739" ID, 1.879 "OD</td></tr><tr><td>Viton Orings</td><td>Ringer</td> <td># 010</td><td>rotondo # 010 O-ring Viton medio duro, 0,239 "ID, 0,379 "OD</td></tr></tbody></table>

costruzione di sonde langmuir e sonde emissive per la misura del potenziale di plasma in plasmi a bassa pressione e bassa temperatura

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

Le sonde di Langmuir sono state a lungo utilizzate nella ricerca sperimentale sulla fisica del plasma come diagnostica primaria per i flussi di particelle (cioè i flussi di elettroni e ioni) e le loro concentrazioni spaziali locali, per le temperature degli elettroni e per le misure elettrostatiche del potenziale del plasma, sin dalla sua invenzione da parte di Langmuir nei primi anni '20. Le sonde emissive sono utilizzate per misurare i potenziali di plasma. I protocolli esposti in questo lavoro servono a dimostrare come queste sonde possono essere costruite per l'uso in una camera a vuoto in cui una scarica di plasma può essere confinata e sostenuta. Si tratta di tecniche di vuoto per la costruzione di quello che è essenzialmente un passante elettrico, che è ruotabile e traducibile. Certo, si possono acquistare sistemi completi di sonde Langmuir, ma possono anche essere costruiti dall'utente con un notevole risparmio sui costi, e allo stesso tempo essere più direttamente adattati al loro utilizzo in un particolare esperimento. Descriviamo l'uso delle sonde di Langmuir e delle sonde emissive nella mappatura del potenziale elettrostatico del plasma dal corpo del plasma fino alla regione della guaina di un confine plasmatico, che in questi esperimenti è creato da un elettrodo a polarizzazione negativa immerso nel plasma, al fine di confrontare le due tecniche diagnostiche e valutarne i relativi vantaggi e debolezze. Sebbene le sonde di Langmuir abbiano il vantaggio di misurare la densità del plasma e la temperatura degli elettroni in modo più accurato, le sonde emissive possono misurare i potenziali elettrostatici del plasma in modo più accurato in tutto il plasma, fino alla regione della guaina inclusa.

Le sonde di Langmuir, note per essere sensibili ai flussi e all'energia cinetica delle particelle che raccolgono, sono state finora considerate in grado di fornire una valida misura del potenziale plasmatico, tranne che nelle guaine. Ma confronti diretti dei potenziali plasmatici misurati dalle sonde di Langmuir e dalle sonde emissive hanno dimostrato che nella regione della preguaina quasi neutra del plasma immediatamente a contatto con la guaina sul lato del plasma, le sonde di Langmuir non forniscono misurazioni accur...

L'obiettivo principale di questo lavoro è quello di rendere più facile per i gruppi di ricerca che non hanno familiarità con le sonde di Langmuir e le sonde emissive utilizzarle come diagnostica del plasma, specialmente vicino ai confini del plasma. Lo facciamo dimostrando come costruire le sonde a partire da materiali e materiali prontamente disponibili.

Costruzione di sonde Langmuir e sonde emissive per la misura del potenziale di plasma in plasmi a bassa pressione e bassa 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) ...

Forniamo un protocollo passo-passo su come realizzare sonde Langmuir e sonde emissive utilizzando materiale di laboratorio prontamente disponibile per i ricercatori che vogliono costruire se stessi. L'utilizzo di materiale prontamente disponibile in laboratorio rende più economica e semplice la costruzione e la manutenzione di sonde elettrostatiche per la diagnostica al plasma e rende il sistema più adattabile alle diverse impostazioni di laboratorio. L'interfaccia del vuoto utilizzata nel nostro protocollo di costruzione può essere utilizzata anche come metodo passante per altri dispositivi a bassa pressione.Quando si esegue questo protocollo, le tecniche di vuoto, il controllo della continuità elettrica, l'indurimento della pasta ceramica e la gestione della fragilità della sonda possono sembrare difficili all'inizio. Inizia costruendo le sonde di Langmuire. Prendi un tubo in acciaio inossidabile del diametro di un quarto di pollice come albero della sonda.Tagliare il tubo in modo che la sonda possa coprire assialmente più della metà della lunghezza della camera. Montare il lato non piegato dell'albero attraverso un tubo di ottone con un adattatore SS-4-UT-A-8 in combinazione con un raccordo per tubo B-810-6 Union. Utilizzare un tubo di ottone da mezzo pollice che si estende dalle flange personalizzate attraverso un'interfaccia B-810-1 O Swagelok per fornire supporto assiale all'albero della sonda.Collegare l'estremità non piegata dell'albero della sonda all'alloggiamento BNC tramite un raccordo B-400-1 O Swagelok. Inserire il filo di nichel rivestito in oro attraverso due tubi di allumina a foro singolo, inserendo il tubo più spesso all'interno dell'albero della sonda. Saldare a punti un'estremità del filo di nichel rivestito d'oro su un pezzo di filo spellato, che viene inserito sulla penna del passaggio BNC, all'estremità dell'albero della sonda.Quindi, tagliare il filo rivestito d'oro in modo che il giunto con il filo spellato si inserisca all'interno del tubo di allumina per evitare cortocircuiti con l'albero della sonda. Perforare un foglio di tantalio per creare una punta della sonda Langmuir da un quarto di pollice e saldare a punti all'altra estremità del filo di nichel rivestito d'oro sul bordo della punta, impostando la punta della sonda normale all'asse della piastra di delimitazione. Posizionare la punta della sonda leggermente in avanti in modo che il corpo della sonda non tocchi la piastra di delimitazione durante l'esecuzione delle misurazioni all'interno della guaina.Sigillare tutti i giunti con pasta ceramica per isolare i componenti del circuito della sonda dal plasma e utilizzare un addetto al calore per cuocere i giunti in ceramica per 5-10 minuti. Utilizzare un multimetro per misurare la resistenza tra la punta della sonda e il connettore BNC. Se viene dimostrata la continuità, la sonda è pronta per essere inserita nella camera a vuoto.Per costruire una sonda ammisiva cilindrica, seguire la procedura precedentemente descritta ad eccezione dell'utilizzo di un tubo di alluminio a due fori da un ottavo di pollice invece di uno a foro singolo. Tagliare il filo di tungsteno da 0,025 millimetri di diametro a circa un centimetro e saldare a punti il filamento di tungsteno su fili rivestiti d'oro. Sigillare i giunti alterni con pasta ceramica, assicurandosi che la pasta non penetri sul filamento di tungsteno.Controllare la continuità tra le due estremità BNC. Accendere il manometro ionico per controllare la pressione di base prima di immettere il gas nella camera. In caso contrario, verificare la presenza di perdite nel sistema.Utilizzare la penna per calibrare il display baratron fino a quando il numero fluttua all'interno di più o meno 0,01 millitorr. Assicurarsi che la valvola a spillo sia in posizione chiusa. Quindi aprire la valvola di intercettazione e verificare che non vi siano variazioni di pressione sulla lettura baratron.Ruotare lentamente la manopola della valvola a spillo per rilasciare il gas nella camera fino a raggiungere la pressione richiesta. Accendere l'alimentazione di tensione e impostare la tensione su 60 volt negativi per fornire energia elettronica sufficiente per la massima sezione d'urto di ionizzazione di Argonne. Quindi, accendere l'alimentazione di riscaldamento per i filamenti e regolare lentamente il livello fino a quando la corrente di scarica non legge il valore richiesto.Collegare l'alimentazione di tensione alla piastra perimetrale e regolare la polarizzazione al livello desiderato. Quindi procedere con la misurazione. Collegare la sonda al circuito di acquisizione e controllo dati e procedere allo sweep della tensione applicata alla sonda misurando contemporaneamente la corrente assorbita dalla sonda.Salvare la traccia della tensione corrente. Ripetere l'acquisizione dei dati con le sonde missive, l'acquisizione dati e il circuito di controllo. Le sonde di Langmuir sono state costruite in quattro diverse configurazioni e sono state etichettate come LPJ, dove J è un numero intero compreso tra uno e quattro.I progetti di sonde includevano la sonda cilindrica di Langmuir LP uno, la sonda di Langmuir a doppia faccia, LP due, la sonda Langmuir piallatrice, LP tre, con il lato rivolto verso la piastra di delimitazione sigillata da pasta ceramica, e la sonda di Langmuir planare, LP quattro, con il lato rivolto lontano dalla piastra di confine coperta da pasta ceramica. Il confronto tra la sonda di Langmuir e le misure del potenziale di una sonda missiva è mostrato qui. Tutti e quattro i tipi di sonde di Langmuir sono stati confrontati con le misurazioni di una sonda missiva per determinare quanto bene misurano i potenziali di plasma vicino ai confini del plasma, in particolare nella regione della preguaina.Sono stati testati diversi tipi di sonde per determinare se il modo in cui le sonde Langmuir vengono utilizzate per misurare i potenziali di plasma fornisce risultati accurati. Tutte le misurazioni della sonda di Langmuir sono state confrontate con le misurazioni della sonda admissiva del potenziale plasmatico. Nella guaina preliminare, tutti i potenziali plasmatici misurati dalla sonda di Langmuir differiscono da quelli misurati dalle sonde admissive.La differenza si allarga con la vicinanza al bordo della guaina, crescendo fino a un valore di molte temperature dell'elettrone. I parametri del plasma come la temperatura, la densità, le lunghezze da acquistare e le lunghezze della guaina di Langmuir del bambino ottenuti dalle misurazioni di LP due nella maggior parte del plasma sono mostrati qui. Questi parametri aiutano a stabilire buone stime dello spessore nominale della guaina per le sonde Langmuir planari.Per eseguire correttamente questo protocollo, cuocere tutte le bolle d'aria durante l'asciugatura della pasta ceramica. E prima di inserire la sonda nella camera a vuoto, non dimenticare di eseguire il controllo di continuità tra il nastro della sonda e la testa BNC e anche il controllo dell'installazione tra il nastro della sonda e l'albero della sonda. Le sonde elettrostatiche vengono utilizzate per rilevare e lanciare le onde di plasma per misurare la presenza di instabilità del plasma e per mappare la struttura coerente presente nel plasma, come i doppi strati e le tonnellate solide.

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Costruzione di sonde Langmuir e sonde emissive per la misura del potenziale di plasma in plasmi a bassa pressione e bassa temperatura (Video) | JoVE Journal

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