Name: Bouw van langmuir-sondes en emitterende sondes voor plasmapotentiaalmetingen in plasmas met lage druk en lage temperatuur (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-05-25T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 10 s
Description: Leer stap-voor-stap hoe je Langmuir- en emitterende sondes bouwt met eenvoudige labmaterialen voor plasmadiagnostiek. Dit protocol maakt elektrostatische sondes toegankelijk voor nieuwe onderzoekers.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit werk werd gedeeltelijk gefinancierd door het Amerikaanse ministerie van Energie (DOE), via subsidieDE-SC00114226, en de National Science Foundation via subsidies PHY-1464741, PHY-1464838, PHY-1804654 en PHY-1804240
Eerbetoon aan Noah Hershkowitz: Noah Hershkowitz leverde baanbrekende bijdragen aan de plasmafysica en verdiende het respect en de bewondering van zijn collega's en studenten, zowel als wetenschapper als als mens.  "Natuurkunde", legde hij ooit uit, "is als een legpuzzel die heel oud is. Alle stukken zijn versleten. Hun randen zijn in de war. Sommige stukjes zijn op de verkeerde manier in elkaar gezet. Ze passen een beetje, maar ze zitten eigenlijk niet op de juiste plaatsen. Het spel is om ze op de juiste manier samen te stellen om erachter te komen hoe de wereld werkt.  Hij stierf op 13 november 2020 op 79-jarige leeftijd.

1. Langmuir-sondes en emitterende sondes bouwen om in een vacuümkamer te passen
<ol><li>Planar Langmuir-sonde (zie figuur 5 voor meer details)<ol><li>Neem een roestvrijstalen buis met een diameter van 1/4" als sondeschacht en buig het ene uiteinde in de gewenste hoek van 90°.</li>
		<li>Snijd de ongebogen kant op een lengte zodat de sonde axiaal meer dan de helft van de kamerlengte kan bedekken.</li>
		<li>Monteer de ongebogen zijde van de as door de messing buis door een SS-4-UT-A-8 adapter in combinatie met een B-810-6 wartelbuisfitting.</li>
		<li>Gebruik een 1/2" messing buis die uit de aangepaste flenzen steekt door een B-810-1-OR swagelok interface om axiale ondersteuning voor de sondeschacht te bieden.</li>
		<li>Sluit het ongebogen uiteinde van de sondeschacht aan op de BNC-behuizing via een B-400-1-OR swagelok fitting, zoals weergegeven in afbeelding 6.</li>
		<li>Steek de met goud beklede nikkeldraad door twee aluminiumoxidebuizen met één boring (1/8" en 3/16" in diameter) waarbij de dikkere in de sondeschacht past, zoals weergegeven in afbeelding 7.</li>
		<li>Las het ene uiteinde van de met goud beklede nikkeldraad op een stuk gestripte draad, dat op de pen van de BNC-doorvoer aan het uiteinde van de sondeschacht wordt gesoldeerd.</li>
		<li>Knip de met goud beklede draad op lengte zodat de verbinding met de gestripte draad in de aluminiumoxidebuis past om kortsluiting met de sondeschacht te voorkomen.</li>
		<li>Prik door een tantaalvel om een vlakke Langmuir-sondepunt te maken (1/4" in diameter)</li>
		<li>Las het andere uiteinde van de met goud beklede nikkeldraad puntlassen op de rand van de sondepunt en stel de sondepunt zo in dat deze normaal is ten opzichte van de as van de begrenzingsplaat.</li>
		<li>Plaats de sondepunt iets naar voren zodat het lichaam van de sonde de begrenzingsplaat niet raakt tijdens het meten in de huls.</li>
		<li>Dicht alle verbindingen af met keramische pasta (bijv. Sauereisencement nr. 31) om de componenten van het sondecircuit te isoleren van plasma. Gebruik een heteluchtpistool om de keramische stukken 5-10 minuten te bakken.</li>
		<li>Gebruik een multimeter om de weerstand tussen de sondepunt en de BNC-connector te meten. Als de continuïteit wordt aangetoond, is de sonde klaar om in de vacuümkamer te worden geplaatst.</li>
	</ol></li>
	<li>Het bouwen van een cilindrische emitterende sonde (zie figuur 8 voor meer details)<ol><li>Volg stap 1.1.1-1.1.4 en herhaal stap 1.1.5-1.1.7 twee keer op dezelfde sondeschacht, met uitzondering van het gebruik van een 1/8", aluminiumoxidebuis met twee boringen in plaats van een buis met één boring.</li>
		<li>Knip de wolfraamdraad met een diameter van 0,025 mm af tot ongeveer 1 cm.</li>
		<li>Las de wolfraamgloeidraad puntlassen op met goud beklede draden.</li>
		<li>Dicht alle voegen af met keramische pasta en zorg ervoor dat de keramische pasta niet op de wolfraamgloeidraad komt.</li>
		<li>Controleer de continuïteit tussen twee BNC-uiteinden.</li>
	</ol></li>
</ol>2. Plasma genereren
<ol><li>Schakel de ionenmeter in om de basisdruk te controleren voordat u gas in de kamer doet. Ga verder met het op nul zetten van de baratronmeter als de druk in het lage Torr-bereik van 10-6 ligt. Controleer anders het lek in het systeem. De standen van het naaldventiel en de afsluitwaarde zijn respectievelijk open en gesloten.</li>
	<li>Gebruik een plastic schroevendraaier om het baratron-display te kalibreren totdat het getal tussen ±0.01 mTorr zweeft.</li>
	<li>Sluit het naaldventiel zodat het voorzichtig in een gesloten positie zit.</li>
	<li>Open de afsluiter. Controleer of er geen drukverandering is op de baratron-meting.</li>
	<li>Draai langzaam aan de knop van het naaldventiel om het gas in de kamer te laten ontsnappen totdat de druk de vereiste voor het experiment bereikt. De typische werkdruk komt voort uit 10-5 ~ 2 x 10-3 Torr. Werkgassen omvatten argon, xenon, krypton, zuurstof enz.</li>
	<li>Schakel de KEPCO-spanningsvoeding in en stel de spanning in op -60 volt om voldoende elektronenenergie te leveren voor de maximale ionisatiedoorsnede van argon. Schakel de verwarmingsvoeding voor de filamenten in en pas het niveau langzaam aan totdat de ontlaadstroom de vereiste waarde aangeeft. De ontlaadstroom heeft de neiging om in de eerste paar minuten snel af te nemen. Blijf het huidige niveau ongeveer 30 minuten aanpassen totdat de ontlading is gestabiliseerd</li>
	<li>Sluit de voedingsspanning aan op de begrenzingsplaat en stel de bias in op het gewenste niveau.</li>
</ol>3. Voer metingen uit
OPMERKING: I-V-sporen voor Langmuir-sondes en emitterende sondes worden verkregen door een 16-bits DAQ-kaart die wordt bestuurd door een Labview-programma. De details worden hier niet gepresenteerd, omdat verschillende gebruikers verschillende voorkeuren hebben voor het opnemen van de gegevens. Er is echter een protocol voor het gebruik van de sondes.
<ol><li>Neem de belastingslijn: verkrijg een I-V-spoor zonder enige plasmaontlading in de kamer met alle verbindingen tussen de sonde en het meetcircuit (zie Figuur 9, Figuur 10 en Figuur 11 voor de UW-Madison en de USD-opstelling).</li>
	<li>Langmuir-sondes<ol><li>Reinig de punt van de sonde (deze stap is van cruciaal belang, omdat een schone sonde een scherpere 'knie' vertoont dan een vuile sonde) door de sonde positief te beïnvloeden om een grote elektronenstroom op te vangen.<ol><li>Trek een stroom door de sonde met een variabele voeding en 50 Ohm naar de machinegrond om de punt te verwarmen om de laag onzuiverheden te verdampen die zich onmiddellijk aan het sondeoppervlak in het plasma hecht en de oppervlakteweerstand van de sonde te verhogen.</li>
			<li>Verhoog langzaam de bias positief om het plasmapotentiaal te overtreffen, waardoor de sonde de elektronenverzadigingsstroom kan beginnen te trekken.</li>
			<li>Doorgaan met het vergroten van het potentieel; Zodra men de sondepunt kersenrood ziet gloeien, is de sonde schoon. Het is noodzakelijk om zicht te hebben op de sondepunt in het plasma door een vacuümkijkpoort.</li>
			<li>Wees voorzichtig en waakzaam bij het variëren van de bias op de sonde. Als de sonde te heet wordt, kan de sondepunt zelf kromtrekken en kunnen er ergere dingen gebeuren, zoals gaten in de punt, hij kan verdampen, hij kan eraf vallen; Draden kunnen smelten en hun isolatie verliezen, enzovoort.</li>
			<li>Sluit de sonde aan op het data-acquisitie- en regelcircuit (dit is het onderdeel dat van laboratorium tot laboratorium zal verschillen) en ga verder met het vegen van de spanning die op de sonde wordt uitgeoefend terwijl u tegelijkertijd de stroom meet die door de sonde wordt getrokken. Sla het I-V-spoor op.</li>
		</ol></li>
		<li>Sluit de sonde aan op het data-acquisitie- en regelcircuit (dit is het onderdeel dat van laboratorium tot laboratorium zal verschillen) en ga verder met het vegen van de spanning die op de sonde wordt uitgeoefend terwijl u tegelijkertijd de stroom meet die door de sonde wordt getrokken. Sla het I-V-spoor op.</li>
	</ol></li>
	<li>Emitterende sondes<ol><li>Herhaal stap 3.2.2 met het data-acquisitie- en regelcircuit van de emitterende sonde.</li>
	</ol></li>
</ol>4. Data-analyse
<ol><li>Langmuir-sondes (zie afbeelding 12, afbeelding 13 voor meer details).<ol><li>Trek de lastlijn af van de totale I-V-karakteristiek.</li>
		<li>Pas de ionenverzadigingsstroom aan en trek deze af van de resterende I-V-karakteristieken.</li>
		<li>Neem het natuurlijke stroomlogboek en zet het af tegen de sondespanning.</li>
		<li>Neem lineaire fits van overgangsgebied en verzadigingsstroom afzonderlijk.</li>
		<li>Neem de inverse van de helling van het overgangsgebied en verkrijg de elektronentemperatuurwaarde.</li>
		<li>Verkrijg de plasmadichtheid door de stroom aan te sluiten op de kruising waar de twee gemonteerde lijnen elkaar kruisen in Eq.3.</li>
		<li>Pas de buigpunttechniek toe op het Langmuir-sondespoor en bepaal het plasmapotentiaal.</li>
	</ol></li>
	<li>Emitterende sonde (zie afbeelding 2).<ol><li>Herhaal stap 4.1.1-4.1.2 voor de afzonderlijke I-V-karakteristieken en strijk vervolgens elk spoor glad.</li>
		<li>Onderscheid elk I-V-spoor en pas de juiste afvlakking toe.</li>
		<li>Lokaliseer de piek van elke afgevlakte dI/dV (buigpunt).</li>
		<li>Pas een lineaire pasvorm toe op de buigpunten.</li>
		<li>Verkrijg de plasmapotentiaal door de nulovergang van de gemonteerde lijn te lokaliseren.</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>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Langmuir-sondes worden gebruikt voor deeltjesfluxmetingen in een buitengewoon breed scala aan plasmadichtheden en temperaturen, van ruimteplasma's waarin de elektronendichtheid slechts enkele deeltjes 106 m-3 is tot het randgebied van fusieplasma's waar de elektronendichtheid meer lijkt op een paar keer 1020 m-3. Bovendien zijn elektronentemperaturen tussen 0,1 en een paar honderd eV's gediagnosticeerd met Langmuir-sondes. Langmuir-sondes worden vaak gebruikt om de plasmadichth...

Tijdens deze eerste eeuw van plasmafysica-onderzoek, daterend uit de ontdekkingen van Langmuir in de jaren 1920 van het mediumachtige gedrag van een nieuwe toestand van materie, plasma, is de Langmuir-sonde de belangrijkste diagnose van plasmaparameters gebleken. Dit is gedeeltelijk waar, vanwege de buitengewonetoepassingsmogelijkheden 1. In plasma dat door satellietenwordt aangetroffen 2,3,4, in halfgeleiderverwerkingsexperimenten,5,6,7,8 aan de randen van plasma opgesloten in tokamaks,9,10,11 en in een breed scala van elementaire plasmafysica-experimenten, zijn Langmuir-sondes gebruikt om plasmadichtheden en temperaturen te meten die het bereik 108≤ne bestrijken≤1019 m-3 en 10-3≤Te≤102eV . Tegelijkertijd vond hij in de jaren 1920 de sonde uit die nu naar hem is vernoemd en de emittieve sonde12. De emitterende sonde wordt nu voornamelijk gebruikt als diagnose van plasmapotentiaal. Hoewel het niet de breedte van plasmaparameters kan meten die de Langmuir-sonde kan, is het ook een diagnose van breed nut als het gaat om het meten van plasmapotentiaal, of, zoals het soms wordt genoemd, het elektrostatische ruimtepotentiaal. De emitterende sonde kan bijvoorbeeld nauwkeurig ruimtepotentialen meten, zelfs in een vacuüm, waar Langmuir-sondes niets kunnen meten.
De basisopstelling van de Langmuir-sonde bestaat uit het plaatsen van een elektrode in het plasma en het meten van de verzamelde stroom. De resulterende stroom-spanningskarakteristieken (I-V) kunnen worden gebruikt om plasmaparameters zoals elektronentemperatuur Te, elektronendichtheid ne en plasmapotentiaal φ13 te interpreteren. Voor een Maxwelliaans plasma kan de relatie tussen de verzamelde elektronenstroom Ie (die als positief wordt beschouwd) en de sondebias VB worden uitgedrukt als14:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ1v2.jpg">
waarbij Ie0 de elektronenverzadigingsstroom is,
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ2v2.jpg">
en waar S het verzamelgebied van de sonde is, <img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ09.jpg"> is de bulkelektronendichtheid, e is de elektronenlading, Te is de elektronentemperatuur, me is de elektronenmassa. De theoretische relatie tussen I-V karakteristieken voor de elektronenstroom wordt op twee manieren geïllustreerd in Figuur 1A en Figuur 1B. Let op, Eq. (1a,b) is alleen van toepassing op bulkelektronen. Langmuir-sondestromen kunnen echter stromen van geladen deeltjes detecteren en er moeten aanpassingen worden gemaakt in aanwezigheid van primaire elektronen, elektronenbundels of ionenbundels enz. Zie Hershkowitz14 voor meer details.
De discussie hier gaat over het ideale geval van Maxwelliaanse elektronenenergieverdelingsfuncties (EEDF). Natuurlijk zijn er veel omstandigheden waarin niet-idealiteiten ontstaan, maar die zijn niet het onderwerp van dit werk. In materiaalverwerkende ets- en depositieplasmasystemen bijvoorbeeld, meestal door RF gegenereerd en in stand gehouden, zijn er moleculaire gasgrondstoffen die vluchtige chemische radicalen in het plasma produceren, en meerdere ionensoorten, waaronder negatief geladen ionen. Het plasma wordt elektronegatief, dat wil zeggen met een aanzienlijk deel van de negatieve lading in het quasineutrale plasma in de vorm van negatieve ionen. In plasma met moleculaire neutralen en ionen kunnen inelastische botsingen tussen elektronen en de moleculaire soorten dips15 veroorzaken in de stroomspanningskarakteristieken, en de aanwezigheid van koude negatieve ionen, koud ten opzichte van de elektronen, kan significante vervormingen16 veroorzaken in de buurt van de plasmapotentiaal, die natuurlijk allemaal niet-Maxwelliaanse kenmerken zijn. We hebben de experimenten voortgezet in het werk dat in dit artikel wordt besproken in een enkelvoudig ionensoort edelgas (argon) DC-ontladingsplasma, vrij van dit soort niet-Maxwelliaanse effecten. In deze ontladingen wordt echter meestal een bi-Maxwelliaanse EEDF aangetroffen, veroorzaakt door de aanwezigheid van secundaire elektronenemissie17 van de kamerwanden. Deze component van hetere elektronen is meestal een paar veelvouden van de koude elektronentemperatuur en minder dan 1% van de dichtheid, meestal gemakkelijk te onderscheiden van de bulkelektronendichtheid en -temperatuur.
Naarmate VB negatiever wordt dan φ, worden elektronen gedeeltelijk afgestoten door de negatieve potentiaal van het sondeoppervlak, en de helling van de ln(Ie) vs. VB is e/Te, dwz. 1/TeV waarbij TeV de elektronentemperatuur in eV is, zoals weergegeven in figuur 1B. Nadat TeV is bepaald, kan de plasmadichtheid worden afgeleid als:
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ3v2.jpg">
Ionenstroom wordt anders afgeleid dan elektronenstroom. Ionen worden verondersteld "koud" te zijn vanwege hun relatief grote massa, Mi >>m e, vergeleken met die van het elektron, dus in een zwak geïoniseerd plasma zijn de ionen in een redelijk goed thermisch evenwicht met de neutrale gasatomen, die op wandtemperatuur zijn. Ionen worden afgestoten door de sondemantel als VB ≥ φ en verzameld als VB < φ. De verzamelde ionenstroom is ongeveer constant voor negatief bevooroordeelde sondes, terwijl de elektronenflux naar de sonde afneemt voor sondevoorspanningen die negatiever zijn dan de plasmapotentiaal. Omdat de elektronenverzadigingsstroom veel groter is dan de ionenverzadigingsstroom, neemt de totale stroom die door de sonde wordt verzameld af. Naarmate de sondebias steeds negatiever wordt, is de daling van de verzamelde stroom groot of klein omdat de elektronentemperatuur koud of warm is, zoals hierboven beschreven in Eq. (1a). De vergelijking voor ionenstroom in deze benadering is:
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ4v2.jpg">
waar
<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ5v2.jpg">
en
<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ6v2.jpg">
We merken op dat de constante ionenflux die door de sonde wordt verzameld, de willekeurige thermische ionenflux overschrijdt als gevolg van versnelling langs de voormantel van de sonde en dus bereiken ionen de mantelrand van de sonde met de Bohm-snelheid18, uB, in plaats van de ionenthermische snelheid19. En de ionen hebben een dichtheid die gelijk is aan de elektronen, aangezien de voormantel quasineutraal is. Als we de ionen- en elektronenverzadigingsstroom in Eqn.5 en 2 vergelijken, zien we dat de ionenbijdrage aan de sondestroom kleiner is dan die van elektronen met een factor <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ10.jpg">van . Deze factor is ongeveer 108 in het geval van argonplasma.
Er is een scherp overgangspunt waar de elektronenstroom van exponentieel naar een constante gaat, bekend als de "knie". De sondebias bij de knie kan worden benaderd als de plasmapotentiaal. In het echte experiment is deze knie nooit scherp, maar afgerond vanwege het ruimteladingseffect van de sonde, dat wil zeggen de uitzetting van de mantel rond de sonde, en ook om sondeverontreiniging en plasmaruis te sonden13.
De Langmuir-sondetechniek is gebaseerd op verzamelstroom, terwijl de emitterende sondetechniek gebaseerd is op de emissie van stroom. Emitterende sondes meten noch temperatuur, noch dichtheid. In plaats daarvan bieden ze nauwkeurige plasmapotentiaalmetingen en kunnen ze in verschillende situaties werken vanwege het feit dat ze ongevoelig zijn voor plasmastromen. De theorieën en het gebruik van emitterende sondes worden volledig besproken in de actuele recensie van Sheehan en Hershkowitz20, en verwijzingen daarin.
Voor plasmadichtheid 1011 ≤ ne ≤ 1018 m-3 wordt de buigpunttechniek in de emissievrije grenswaarde aanbevolen, wat betekent dat een reeks I-V-sporen wordt genomen, elk met verschillende gloeidraadverwarmingsstromen, waarbij de buigpuntspanning voor elk I-V-spoor wordt bepaald en de buigpunten worden geëxtrapoleerd tot de limiet van nulemissie om het plasmapotentiaal te verkrijgen; zoals weergegeven in figuur 2.
Het is een algemene veronderstelling dat Langmuir en emittieve sondetechnieken overeenkomen in quasineutraal plasma, maar het niet eens zijn in de schede, het gebied van het plasma dat in contact staat met de grens waarin ruimtelading verschijnt. De studie richt zich op het plasmapotentiaal in de buurt van plasmagrenzen, in plasma met lage temperatuur en lage druk in een poging om deze algemene veronderstelling te testen. Om potentiaalmetingen met zowel de Langmuir-sonde als de emitterende sonde te vergelijken, wordt het plasmapotentiaal ook bepaald door de buigpunttechniek toe te passen op de Langmuir-sonde I-V, zoals weergegeven in figuur 3. Het is algemeen aanvaard1 dat de plasmapotentiaal wordt gevonden door de sonde-biasspanning te vinden waarbij de tweede afgeleide van de verzamelde stroom differentieerde ten opzichte van de bias-spanning, <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ11.jpg">dat wil zeggen de piek van de dI/dV-curve , ten opzichte van de sonde-biasspanning. Figuur 3 laat zien hoe dit maximum in dI/dV, het buigpunt van de stroom-spanningskarakteristiek, wordt gevonden.
Langmuir-sondes (verzamelen) en emitterende sondes (uitzenden) hebben verschillende I-V-karakteristieken, die ook afhankelijk zijn van de geometrie van de sondepunt, zoals weergegeven in figuur 4. Het ruimteladingseffect van de sonde moet worden overwogen voordat de sonde wordt vervaardigd. In de experimenten gebruikten we voor de vlakke Langmuir-sondes een 1/4" vlakke tantaalschijf. We zouden meer stroom kunnen verzamelen en grotere signalen kunnen krijgen met een grotere schijf. Om de bovenstaande analyses toe te passen, moet het oppervlak van de sonde, Ap , echter kleiner worden gehouden dan het elektronenverliesgebied van de kamer, Aw, dat voldoet aan21 de ongelijkheid <img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ12.jpg">. Voor de cilindrische Langmuir-sonde gebruikten we een 0,025 mm dikke, 1 cm lange wolfraamdraad voor de cilindrische Langmuir-sonde en dezelfde dikte voor de wolfraamdraad voor de emitterende sonde. Het is belangrijk op te merken dat voor cilindrische Langmuir-sondes, voor de plasmaparameters van deze experimenten, de straal van de sondepunt, rp, veel kleiner is dan de lengte, Lp, en kleiner dan de Debye-lengte, λD; dat wil zeggen, <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ13.jpg">, en <img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ14.jpg">. In deze reeks parameters, waarbij de Orbital Motion Limited-theorie en Laframboise's ontwikkeling ervan worden toegepast22 voor het geval van thermische elektronen en ionen, vinden we dat voor sonde-biasspanningen gelijk aan of groter dan de plasmapotentiaal, de verzamelde elektronenstroom kan worden geparametriseerd door een functie van de vorm <img alt="Equation 15" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ15.jpg">, waarbij de exponent <img alt="Equation 16" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ16.jpg">. Het belangrijke punt hier is dat voor waarden van deze exponent kleiner dan eenheid, de buigpuntmethode voor het bepalen van de plasmapotentiaal, zoals beschreven in de bovenstaande paragraaf, ook van toepassing is op cilindrische Langmuir-sondes.

<table><tbody><tr><td>0.001" thick tungsten wire</td><td>Midwest Tungsten Service</td><td>0.001"</td><td>Emissieve sondevlam</td></tr><tr><td>0.005" thick tantalum sheet</td><td>Midwest Tungsten Service</td><td>0.005"</td><td>Verwarmingsdraad om plasma te genereren</td></tr><tr><td>1/2" Messing steunbuis</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>1/4" Messing Ferrule Set</td><td>Swagelok</td><td>B-400-SET</td><td>Interface tussen roestvrij sondeschacht en Swagelok buisfitting</td></tr><tr><td>1/4" OD 304 of 315 roestvrijstalen buis</td><td>Swagelok</td><td>SS-T4-S-035-20</td><td>Gebruikt om de sondeschacht te maken, bestel naadloos, verkocht in lengtes van 20'</td></tr><tr><td>Alumina buizen</td><td>COORSTEK</td><td>65655, enkele boring 0.156" OD 0.094 ID</td><td>enkele boring, dubbele boring, viervoudige boring, gebruik voor ondersteuningsstructuur voor zowel emissie- als Langmuir-sondes tussen de sondetip en de schacht</td></tr><tr><td>Baratron meter</td><td>MKS</td><td>Type 127</td><td>Geef de druk weer wanneer er gas door de kamer stroomt</td></tr><tr><td>Messing Swagelok buisfitting</td><td>Swagelok</td><td>B-400-1-OR</td><td>Buisfittingen gebruikt op de sonde</td></tr><tr><td>Messing Swagelok buisfitting</td><td>Swagelok</td><td>B-810-6</td><td>Buisfittingen gebruikt op de sonde</td></tr><tr><td>Messing Swagelok buisfitting</td><td>Swagelok</td><td>B-810-1-OR</td><td>Buisfittingen gebruikt op de sonde</td></tr><tr><td>Keramische vloeistof</td><td>Sauereisen</td><td>Nr. 31 Keramische inkapselende vloeistof</td><td>Mengen met Nr.31 cementpoeder om de keramische pasta te maken</td></tr><tr><td>Keramische poeder</td><td>Sauereisen</td><td>Cementpoeder nr. 31 Off-White</td><td>Er zijn Sauereisen cementen die uitharden met water, bijv. Nr.10 Poeder</td></tr><tr><td>Vergulde nikkeldraad</td><td>SYLVANIA ELECTRIC PRODUCT</td><td></td><td>spotgelast aan de sondetip om ondersteuning te bieden</td></tr><tr><td>Ionmeter controller</td><td>Granville-Phillips</td><td>270 Meter controller</td><td>Verwarm de ionmeter en toon de druk in de kamer</td></tr><tr><td>Mechanische pomp</td><td>Leybold D60 D60AC</td><td>D60 D60AC</td><td>Breng de druk naar ~10 mTorr en dient dan als achterpomp voor de turbopomp</td></tr><tr><td>Naaldventiel</td><td>Whitey</td><td>SS-22RS4</td><td>Dosering Micro-Naald Micrometer Ventiel 1/4" Buis Swagelok fittingen</td></tr><tr><td>Voeding</td><td>Kepco</td><td>ATE 100-10M</td><td>Voltage Bias voeding van verwarmingsdraad</td></tr><tr><td>Voeding</td><td>Sorensen</td><td>DCR 20-115B</td><td>Verwarmingsvoeding van verwarmingsdraad</td></tr><tr><td>Afsluitventiel</td><td>Kurt J. Lesker</td><td>Nupro SS-4BK</td><td>Knop handvat, voor 1/4" buis, swagelok fittingen</td></tr><tr><td>Roestvrij staal Ultra-Torr Vacuüm Fitting</td><td>Swagelok</td><td>SS-4-UT-A-8</td><td>Buisfittingen gebruikt op de sonde</td></tr><tr><td>Teflon gecoate draad</td><td>Geyer Systems</td><td>P31546</td><td>Verbind de goudgecoate draad met BNC-pin</td></tr><tr><td>Turbopomp</td><td>PFEIFFER</td><td>TPH 240 C</td><td>Breng de druk naar 1E-6 Torr</td></tr><tr><td>Vacuumvet</td><td>APIEZON</td><td>L Ultra High Vacuum Grade Vet</td><td>Vacuumvet gebruikt om de oring te smeren</td></tr><tr><td>Viton Orings</td><td>Grainger</td><td>#031</td><td>Ronde #031 Medium Hard Viton O-Ring, 1.739" I.D., 1.879" O.D</td></tr><tr><td>Viton Orings</td><td>Grainger</td><td>#010</td><td>Ronde #010 Medium Hard Viton O-Ring, 0.239" I.D., 0.379" O.D</td></tr></tbody></table>

bouw van langmuir-sondes en emitterende sondes voor plasmapotentiaalmetingen in plasma's met lage druk en lage temperatuur

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

Langmuir-sondes worden al lang gebruikt in experimenteel plasmafysica-onderzoek als de primaire diagnose voor deeltjesfluxen (d.w.z. elektronen- en ionenfluxen) en hun lokale ruimtelijke concentraties, voor elektronentemperaturen en voor elektrostatische plasmapotentiaalmetingen, sinds de uitvinding door Langmuir in de vroege jaren 1920. Emitterende sondes worden gebruikt voor het meten van plasmapotentialen. De protocollen die in dit werk worden tentoongesteld, dienen om te demonstreren hoe deze sondes kunnen worden gebouwd voor gebruik in een vacuümkamer waarin een plasma-ontlading kan worden opgesloten en in stand kan worden gehouden. Dit omvat vacuümtechnieken voor het bouwen van wat in wezen een elektrische doorvoer is, een die draaibaar en vertaalbaar is. Zeker, complete Langmuir-sondesystemen kunnen worden gekocht, maar ze kunnen ook door de gebruiker worden gebouwd tegen aanzienlijke kostenbesparingen en tegelijkertijd directer worden aangepast aan hun gebruik in een bepaald experiment. We beschrijven het gebruik van Langmuir-sondes en emittieve sondes bij het in kaart brengen van de elektrostatische plasmapotentiaal van het plasmalichaam tot aan het omhulselgebied van een plasmagrens, die in deze experimenten wordt gecreëerd door een negatief bevooroordeelde elektrode ondergedompeld in het plasma, om de twee diagnostische technieken te vergelijken en hun relatieve voor- en nadelen te beoordelen. Hoewel Langmuir-sondes het voordeel hebben dat ze de plasmadichtheid en elektronentemperatuur het meest nauwkeurig meten, kunnen emitterende sondes elektrostatische plasmapotentialen nauwkeuriger meten in het hele plasma, tot en met het omhulselgebied.

Langmuir-sondes, waarvan bekend is dat ze gevoelig zijn voor stromingen en voor de kinetische energie van de deeltjes die ze verzamelen, werden tot nu toe beschouwd als geldige metingen van de plasmapotentiaal, behalve in omhulsels. Maar directe vergelijkingen van plasmapotentialen gemeten door Langmuir-sondes en emittieve sondes hebben aangetoond dat in het quasineutrale voormantelgebied van het plasma dat onmiddellijk in contact komt met de omhulsel aan de plasmazijde, Langmuir-sondes geen nauwkeurige metingen van de p...

Het belangrijkste doel van dit werk is om het voor onderzoeksgroepen die niet bekend zijn met Langmuir-sondes en emittieve sondes gemakkelijker te maken om ze te gebruiken als plasmadiagnostiek, vooral in de buurt van plasmagrenzen. We doen dit door te demonstreren hoe we de sondes kunnen bouwen van gemakkelijk verkrijgbare materialen en benodigdheden.

Bouw van langmuir-sondes en emitterende sondes voor plasmapotentiaalmetingen in plasma's met lage druk en lage temperatuur

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

We bieden een stapsgewijs protocol voor het maken van Langmuir-sondes en emittieve sondes met behulp van direct beschikbaar laboratoriummateriaal voor onderzoekers die zelf willen bouwen. Het gebruik van direct beschikbaar materiaal in het laboratorium maakt het goedkoper en gemakkelijker om elektrostatische sondes voor plasmadiagnostiek te bouwen en te onderhouden, en maakt het systeem beter aanpasbaar aan verschillende laboratoriumomgevingen. De vacuüminterface die in ons gebouwprotocol wordt gebruikt, kan ook worden gebruikt als doorvoermethode voor andere lagedrukapparaten.Bij het uitvoeren van dit protocol kunnen vacuümtechnieken, elektrische continuïteitscontrole, het uitharden van de keramische pasta en het beheersen van de kwetsbaarheid van de sonde in het begin een uitdaging lijken. Begin met het bouwen van de Langmuire-sondes. Neem een roestvrijstalen buis met een diameter van een kwart inch als sondeschacht.Snijd de buis zo af dat de sonde axiaal meer dan de helft van de kamerlengte kan bedekken. Monteer de ongebogen zijde van de as door een messing buis door een SS-4-UT-A-8 adapter in combinatie met een B-810-6 Union buisfitting. Gebruik een messing buis van een halve inch die uit de aangepaste flenzen steekt via een B-810-1 OR Swagelok-interface om axiale ondersteuning voor de sondeschacht te bieden.Sluit het ongebogen uiteinde van de sondeschacht aan op de BNC-behuizing via een B-400-1 OF Swagelok-fitting. Steek de met goud beklede nikkeldraad door twee aluminiumoxidebuizen met één boring en plaats de dikkere buis in de sondeschacht. Las een uiteinde van goud gecoate nikkeldraad op een stuk gestripte draad, dat op de pen van de BNC-doorvoer aan het einde van de sondeschacht wordt gebakken.Knip vervolgens de met goud beklede draad af zodat de verbinding met de gestripte draad in de aluminiumoxidebuis past om kortsluiting met de sondeschacht te voorkomen. Prik door een tantaalvel om een kwart inch schaafmachine Langmuir-sondepunt te maken en lassen puntlassen aan het andere uiteinde van de met goud beklede nikkeldraad op de rand van de punt, waarbij de sondepunt normaal wordt ingesteld op de as van de grensplaat. Plaats de sondepunt iets naar voren zodat het lichaam van de sonde de begrenzingsplaat niet raakt tijdens het uitvoeren van metingen in de huls.Sluit alle verbindingen af met keramische pasta om de componenten van het sondecircuit te isoleren van het plasma en gebruik een warmteman om de keramische verbindingen vijf tot 10 minuten te bakken. Gebruik een multimeter om de weerstand tussen de sondepunt en de BNC-connector te meten. Als de continuïteit wordt aangetoond, is de sonde klaar om in de vacuümkamer te worden geplaatst.Om een cilindrische toelatende sonde te bouwen, volgt u de eerder beschreven procedure, met uitzondering van het gebruik van een aluminium buis met een achtste inch en twee boringen in plaats van een buis met één enkele boring. Knip de wolfraamdraad met een diameter van 0.025 millimeter af tot ongeveer een centimeter en las de wolfraamgloeidraad puntlassen op goud gecoate draden. Dicht de voegen af met keramische pasta en zorg ervoor dat de pasta niet op de wolfraamgloeidraad komt.Controleer de continuïteit tussen de twee BNC-uiteinden. Schakel de ionenmeter in om de basisdruk te controleren voordat u gas in de kamer doet. Controleer anders op lekken in het systeem.Gebruik de pen om het baratron-display te kalibreren totdat het getal binnen plus of min 0.01 millitorr zweeft. Zorg ervoor dat het naaldventiel in een gesloten stand staat. Open vervolgens de afsluiter en controleer of er geen drukverandering is op de baratron-meting.Draai langzaam aan de knop van het naaldventiel om het gas in de kamer te laten ontsnappen totdat de vereiste druk is bereikt. Schakel de voltage voeding in, en stel de spanning in op min 60 volt om voldoende elektronenenergie te leveren voor de maximale ionisatiedoorsnede van Argonne. Schakel vervolgens de verwarmingsvoeding voor de gloeidraden in en pas het niveau langzaam aan totdat de ontlaadstroom de vereiste waarde aangeeft.Sluit de voedingsspanning aan op de begrenzingsplaat en stel de bias in op het gewenste niveau. Ga dan verder met meten. Sluit de sonde aan op het data-acquisitie- en regelcircuit en ga verder met het vegen van de spanning die op de sonde wordt uitgeoefend terwijl u tegelijkertijd de stroom meet die door de sonde wordt getrokken.Sla het huidige spanningsspoor op. Herhaal de data-acquisitie met de admissive probes, data-acquisitie en het besturingscircuit. Langmuir-sondes werden gebouwd in vier verschillende configuraties en werden aangeduid als LPJ, waarbij J een geheel getal van één tot vier was.De sondeontwerpen omvatten de cilindrische Langmuir-sonde LP één, de dubbelzijdige Langmuir-sonde, LP twee, de schaafmachine Langmuir-sonde, LP drie, met de kant naar de grensplaat gericht verzegeld met keramische pasta, en de vlakke Langmuir-sonde, LP vier, met de kant weg van de grensplaat bedekt met keramische pasta. De vergelijking tussen de Langmuir-sonde en een missive-sondepotentiaalmetingen wordt hier weergegeven. Alle vier de Langmuir-sondetypes werden vergeleken met een missive sondemetingen om te bepalen hoe goed ze plasmapotentialen meten in de buurt van plasmagrenzen, met name in het pre-schedegebied.Verschillende sondeontwerpen werden getest om te bepalen of de manier waarop de Langmuir-sondes worden gebruikt om plasmapotentialen te meten, nauwkeurige resultaten oplevert. Alle metingen van de Langmuir-sonde werden vergeleken met admissieve sondemetingen van de plasmapotentiaal. In de pre-huls verschillen alle door de Langmuir-sonde gemeten plasmapotentialen van die gemeten door admissive probes.Het verschil wordt groter met de nabijheid van de schederand en groeit tot een waarde van vele elektronentemperaturen. Plasmaparameters zoals temperatuur, dichtheid, kooplengtes en lengte van de Langmuir-schede van het kind, verkregen uit de metingen door LP twee in het grootste deel van het plasma, worden hier weergegeven. Deze parameters helpen bij het maken van goede schattingen van de nominale manteldikte voor vlakke Langmuir-sondes.Om dit protocol met succes uit te voeren, bakt u alle luchtbellen eruit bij het drogen van de keramische pasta. En voordat u de sonde in de vacuümkamer plaatst, vergeet dan niet de continuïteitscontrole tussen de sondetape en de BNC-kop uit te voeren, en ook de installatiecontrole tussen de sondetape en de sondeschacht. Elektrostatische sondes worden gebruikt om de plasmagolven te detecteren en te lanceren om de aanwezigheid van de plasma-instabiliteiten te meten en om de coherente structuur in plasma in kaart te brengen, zoals dubbele lagen en vaste tonnen.

building-langmuir-probes-emissive-probes-for-plasma-potential

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Een experimentele methode om het begin van de plasma-evolutie veroorzaakt door ultrakorte laserpulsen te onderzoeken beschreven. Met behulp van deze methode worden de beelden van hoge kwaliteit van de vroege plasma verkregen met een hoge ruimtelijke en temporele resoluties. Een nieuwe geïntegreerde atomistisch model wordt gebruikt om te simuleren en uit te leggen de mechanismen van de vroege plasma.

Onderzoek naar vroege Plasma Evolution geïnduceerd door ultrakorte laserpulsen

Deze film laat zien hoe een atmosferische plasmabrander kan worden ontstoken door microgolven zonder extra ontstekers en biedt een stabiele en continue plasma-operatie die geschikt is voor tal van toepassingen.

Hoe maak je een atmosferische druk Magnetron Plasma Torch Ignite zonder extra vonkonststekers

We beschrijven de methodologie van mechanische exfoliatie en depositie van vlokken van nieuwe materialen met micrometergrootte op een substraat, fabricage van experimentele apparaatstructuren voor transportexperimenten, en de magnetotransportmeting in een droge helium gesloten-cyclus cryostat bij temperaturen tot 0,300 K en magnetische velden tot 12 T.

Geavanceerde experimentele methoden voor lage-temperatuur magnetotransport Meting van nieuwe materialen

De ontwikkeling van nieuwe ablatieve materialen en hun numerieke modellering vereist uitgebreid experimenteel onderzoek. Dit protocol beschrijft procedures voor de karakterisering van de materiaalrespons in plasmastromingen, waarbij de kerntechnieken niet-invasieve methoden zijn om de materiaalverkleining te volgen, samen met de chemie in de reactieve grenslaag door emissiespectroscopie.

Emissie spectroscopische Boundary Layer Investigation tijdens Ablatief materiaaltestreactoren in Plasmatron

Er werd een experimentele opstelling gecreëerd voor de helium-gestuurde kHz frequentieplasmastraal. De opstelling omvat een kooi voor de plasmavoeding en straal en een in eigen huis gebouwde reactor om plasma-geïnduceerde reactieve soorten te monitoren zonder de interferentie van de omgevingslucht.

Een atmosferische druk Plasma Setup om de reactieve species Formatie Onderzoek

In dit artikel wordt een vloeiende magnetronreactor beschreven die wordt gebruikt om efficiënte niet-evenwichtskemie te richten voor de toepassing van omzetting / activering van stabiele moleculen zoals CO 2 , N 2 en CH 4 . Het doel van de hier beschreven procedure is het meten van de in situ gastemperatuur en gasomzetting.

Niet-evenwicht Magnetron Plasma voor efficiënte hoge temperatuur chemie

Dit artikel presenteert een totale interne reflectie Absorptie spectroscopie (TIRAS) methode voor het meten van kortstondige vrije radicalen op het raakvlak van een plasma-vloeistof. In het bijzonder, TIRAS wordt gebruikt ter identificatie van de solvated elektronen op basis van hun optische absorptie van rood licht in de buurt van 700 nm.

Totale interne reflectie Absorptie spectroscopie (TIRAS) voor het opsporen van Solvated elektronen op een Plasma-vloeistof-Interface

Dit protocol beschrijft de belangrijkste stappen voor het uitvoeren en analyseren van pomp-sonde experimenten combineren een femtoseconde optische laser met een laser gratis-elektron om ultrasnelle photochemische reacties in de gasfase moleculen te bestuderen.

Een experimenteel Protocol voor femtoseconde NIR/UV - XUV pomp-Probe experimenten met gratis-elektron Lasers

Stof opladen en mobilisatie wordt gedemonstreerd in drie experimenten met blootstelling aan thermisch plasma met bundel elektronen, bundel elektronen alleen of ultraviolette (UV) straling alleen. Deze experimenten presenteren het gevorderde begrip van elektrostatische stof vervoer en haar rol in het vormgeven van de oppervlakken van airless planetaire lichamen.

Experimentele methoden van stof opladen en mobilisatie op oppervlakken met blootstelling aan ultraviolette straling of plasma 's

Hier presenteren we een protocol om te testen en optimaliseren van systemen in de ruimte voortstuwing gebaseerd op verkleinde Hall-achtige thrusters.

Optimalisatie-, Test- en diagnostiek van verkleinde Hall Thrusters

Dit protocol wordt gepresenteerd om de installatie, behandeling en toepassing van de COST-Jet te karakteriseren voor de behandeling van diverse oppervlakken zoals vaste stoffen en vloeistoffen.

Oppervlakken behandelen met een koud atmosferisch drukplasma met behulp van de COST-Jet

Leer stap-voor-stap hoe je Langmuir- en emitterende sondes bouwt met eenvoudige labmaterialen voor plasmadiagnostiek. Dit protocol maakt elektrostatische sondes toegankelijk voor nieuwe onderzoekers.

Bouw van langmuir-sondes en emitterende sondes voor plasmapotentiaalmetingen in plasma's met lage druk en lage temperatuur

Meer video's verkennen