Name: Construção de Sondas Langmuir e Sondas Emissivas para Medições de Potencial de Plasma em Plasmas de Baixa Pressão e Baixa Temperatura (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-05-25T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 10 s
Description: Aprenda a construir sondas Langmuir e emissivas com materiais acessíveis para diagnósticos de plasma de baixa pressão. Este protocolo detalhado facilita a montagem e manutenção de sondas eletrostáticas em laboratórios.

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

Este trabalho foi parcialmente financiado pelo Departamento de Energia dos EUA (DOE), através de grantDE-SC00114226, e pela National Science Foundation através de subsídios PHY-1464741, PHY-1464838, PHY-1804654 e PHY-1804240
Homenagem a Noah Hershkowitz: Noah Hershkowitz fez contribuições inovadoras para a física de plasmas, ganhando o respeito e a admiração de seus colegas e alunos, tanto como cientista quanto como ser humano.  "A física", ele explicou certa vez, "é como um quebra-cabeça que é realmente antigo. Todas as peças estão desgastadas. Suas bordas estão bagunçadas. Algumas das peças foram montadas de maneira errada. Eles meio que se encaixam, mas não estão nos lugares certos. O jogo é colocá-los juntos da maneira certa para descobrir como o mundo funciona.  Ele morreu em 13 de novembro de 2020, aos 79 anos.

1. Construção de sondas Langmuir e sondas emissivas para caber em uma câmara de vácuo
<ol><li>Sonda planar Langmuir (veja a Figura 5 para obter mais detalhes)<ol><li>Pegue um tubo de aço inoxidável de 1/4" de diâmetro como eixo da sonda e dobre uma extremidade para o ângulo desejado de 90°.</li>
		<li>Corte o lado não dobrado em um comprimento para que a sonda possa cobrir axialmente mais da metade do comprimento da câmara.</li>
		<li>Encaixe o lado não dobrado do eixo através do tubo de latão por um adaptador SS-4-UT-A-8 em combinação com um encaixe de tubo de união B-810-6.</li>
		<li>Use um tubo de latão de 1/2" que se estende para fora dos flanges personalizados através de uma interface de swagelok B-810-1-OR para fornecer suporte axial para o eixo da sonda.</li>
		<li>Conecte a extremidade não dobrada do eixo da sonda à carcaça do BNC através de um encaixe de swagelok B-400-1-OR, conforme mostrado na Figura 6.</li>
		<li>Encaixe o fio de níquel revestido a ouro através de dois tubos de alumina de furo único (1/8" e 3/16" de diâmetro) com o mais espesso encaixado dentro do eixo da sonda, como mostrado na Figura 7.</li>
		<li>Solda pontualmente uma extremidade do fio de níquel revestido a ouro em um pedaço de fio descascado, que é soldado no pino da alimentação BNC na extremidade do eixo da sonda.</li>
		<li>Corte o fio revestido a ouro para que a junta com o fio descascado se encaixe dentro do tubo de alumina para evitar curto-circuito com o eixo da sonda.</li>
		<li>Perfure uma folha de tântalo para fazer uma ponta plana da sonda de Langmuir (1/4" de diâmetro)</li>
		<li>Solda pontualmente a outra extremidade do fio de níquel revestido a ouro na borda da ponta da sonda e ajuste a ponta da sonda para ser normal ao eixo da placa limite.</li>
		<li>Posicione a ponta da sonda um pouco para a frente para que o corpo da sonda não toque a placa limite durante as medições dentro da bainha.</li>
		<li>Sele todas as juntas com pasta cerâmica (por exemplo, Cimento Sauereisen No. 31) para isolar os componentes do circuito da sonda do plasma. Use uma pistola de calor para assar as juntas cerâmicas por 5-10 min.</li>
		<li>Use um multímetro para medir a resistência entre a ponta da sonda e o conector BNC. Se a continuidade for demonstrada, a sonda está pronta para ser colocada na câmara de vácuo.</li>
	</ol></li>
	<li>Construindo uma sonda emissiva cilíndrica (consulte a Figura 8 para obter mais detalhes)<ol><li>Siga o passo 1.1.1-1.1.4 e repita o passo 1.1.5-1.1.7 no mesmo eixo da sonda duas vezes, com exceção de usar um tubo de alumina de dois furos de 1/8", em vez de um tubo de furo único.</li>
		<li>Corte o fio de tungstênio de 0,025 mm de diâmetro para cerca de 1 cm.</li>
		<li>Solda pontualmente o filamento de tungstênio em fios revestidos de ouro.</li>
		<li>Sele todas as juntas com pasta cerâmica e certifique-se de que a pasta cerâmica não entre no filamento de tungstênio.</li>
		<li>Verifique a continuidade entre duas extremidades do BNC.</li>
	</ol></li>
</ol>2. Gerar plasma
<ol><li>Ligue o manômetro de íons para verificar a pressão base antes de colocar gás na câmara. Prossiga com o zeramento do medidor baratron se a pressão estiver na faixa baixa de 10-6 Torr. Caso contrário, verifique o vazamento no sistema. As posições da válvula da agulha e do valor de desligamento são abertas e fechadas, respectivamente.</li>
	<li>Use uma chave de fenda de plástico para calibrar o display baratron até que o número flutue entre ±0,01 mTorr.</li>
	<li>Feche a válvula da agulha de modo a que fique suavemente assentada numa posição fechada.</li>
	<li>Abra a válvula de desligamento. Verifique se não há alteração de pressão na leitura do baratron.</li>
	<li>Gire lentamente o botão da válvula da agulha para liberar o gás na câmara até que a pressão atinja o requisito para o experimento. A pressão de trabalho típica deriva de 10-5 ~ 2 x 10-3 Torr. Os gases de trabalho incluíram argônio, xenônio, criptônio, oxigênio, etc.</li>
	<li>Ligue a fonte de alimentação de tensão KEPCO e ajuste a tensão para -60 Volts para fornecer energia eletrônica suficiente para a seção transversal de ionização máxima do argônio. Ligue a fonte de alimentação de aquecimento para os filamentos e ajuste lentamente o nível até que a corrente de descarga leia o valor necessário. A corrente de descarga tende a cair rapidamente nos primeiros minutos. Continue ajustando o nível de corrente por cerca de 30 minutos até que a descarga se estabilize</li>
	<li>Conecte a fonte de tensão à placa de contorno e ajuste o viés para o nível desejado.</li>
</ol>3. Faça medições
NOTA: Os traços I-V para sondas Langmuir e sondas emissivas são adquiridos por uma placa DAQ de 16 bits controlada por um programa Labview. Os detalhes não são apresentados aqui, uma vez que diferentes usuários têm preferências diferentes para obter os dados. No entanto, há um protocolo de como usar as sondas.
<ol><li>Pegue a linha de carga: obtenha um traço I-V sem qualquer descarga de plasma na câmara com todas as conexões feitas entre a sonda e seu circuito de medição (veja a Figura 9, Figura 10 & Figura 11 para a configuração UW-Madison e USD).</li>
	<li>Sondas Langmuir<ol><li>Limpe a ponta da sonda (esta etapa é crítica, pois uma sonda limpa exibe um "joelho" mais afiado do que uma sonda suja) enviesando a sonda positivamente para coletar uma grande corrente de elétrons.<ol><li>Desenhe uma corrente através da sonda com uma fonte de alimentação variável e 50 Ohms até o solo da máquina para aquecer a ponta de modo a evaporar a camada de impurezas que se prende imediatamente à superfície da sonda no plasma e aumentar a resistividade superficial da sonda.</li>
			<li>Aumentar lentamente o viés positivamente para superar o potencial plasmático, permitindo que a sonda comece a desenhar a corrente de saturação eletrônica.</li>
			<li>Continuar a aumentar o potencial; Uma vez que se vê a ponta da sonda brilhando vermelho cereja, a sonda está limpa. É necessário ter uma visão da ponta da sonda no plasma através de um visor a vácuo.</li>
			<li>Tenha cuidado e vigilância ao variar o viés na sonda. Se a sonda esquentar demais, a própria ponta da sonda pode ficar deformada, e coisas piores podem acontecer, como a ponta pode ter furos, pode evaporar, pode cair; os fios podem derreter e perder seu isolamento, e assim por diante.</li>
			<li>Conecte a sonda ao circuito de aquisição e controle de dados (esta é a parte que irá variar de laboratório para laboratório) e proceda à varredura da tensão aplicada à sonda enquanto mede simultaneamente a corrente puxada pela sonda. Salve o rastreamento I-V.</li>
		</ol></li>
		<li>Conecte a sonda ao circuito de aquisição e controle de dados (esta é a parte que irá variar de laboratório para laboratório) e proceda à varredura da tensão aplicada à sonda enquanto mede simultaneamente a corrente puxada pela sonda. Salve o rastreamento I-V.</li>
	</ol></li>
	<li>Sondas emissivas<ol><li>Repita a etapa 3.2.2 com o circuito de aquisição de dados e controle da sonda emissiva.</li>
	</ol></li>
</ol>4. Análise dos dados
<ol><li>Sondas Langmuir (Consulte a Figura 12, Figura 13 para obter mais detalhes).<ol><li>Subtrair a linha de carga da característica I-V total.</li>
		<li>Ajustar a corrente de saturação de íons e subtrair as demais características de I-V.</li>
		<li>Pegue o registro natural da corrente e plote-o contra a tensão da sonda.</li>
		<li>Tome ajustes lineares da região de transição e da corrente de saturação separadamente.</li>
		<li>Pegue o inverso da inclinação da região de transição e obtenha o valor da temperatura do elétron.</li>
		<li>Obter a densidade do plasma conectando a corrente no cruzamento onde as duas linhas ajustadas se cruzam na Eq.3.</li>
		<li>Aplicar a técnica do ponto de inflexão no traço da sonda de Langmuir e determinar o potencial plasmático.</li>
	</ol></li>
	<li>Sonda Emissiva (consulte a Figura 2).<ol><li>Repita o passo 4.1.1-4.1.2 para características individuais de I-V e, em seguida, suavize cada traço.</li>
		<li>Diferencie cada traço I-V e aplique a suavização apropriada.</li>
		<li>Localize o pico de cada dI/dV suavizado (ponto de inflexão).</li>
		<li>Aplique um ajuste linear aos pontos de inflexão.</li>
		<li>Obter o potencial de plasma localizando o cruzamento zero da linha ajustada.</li>
	</ol></li>
</ol>

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

Os autores não têm nada a revelar.

As sondas de Langmuir são usadas para medições de fluxo de partículas em uma faixa extraordinariamente ampla de densidades e temperaturas de plasma, desde plasmas espaciais em que a densidade eletrônica é de apenas algumas partículas 106 m-3 até a região de borda de plasmas de fusão onde a densidade eletrônica é mais parecida com algumas vezes 1020 m-3. Além disso, temperaturas eletrônicas entre 0,1 e algumas centenas de eV's foram diagnosticadas com sondas Langmuir. Sondas de ...

Durante este primeiro século de pesquisa em física de plasmas, datando das descobertas de Langmuir na década de 1920 do comportamento do meio de um novo estado da matéria, o plasma, a sonda de Langmuir provou ter sido o diagnóstico mais importante dos parâmetros do plasma. Isso é verdade em parte, devido à sua extraordinária amplitude de aplicabilidade1. Em plasma encontrado por satélites 2,3,4, em experimentos de processamento de semicondutores,5,6,7,8 nas bordas de plasma confinado em tokamaks9,10,11 e em uma ampla gama de experimentos básicos de física de plasmas, sondas de Langmuir têm sido usadas para medir densidades e temperaturas de plasma abrangendo as faixas de 10 a 8≤n e≤1019 m-3 e 10-3≤Te≤102eV , respectivamente. Simultaneamente, na década de 1920, inventou a sonda que hoje leva seu nome e a sonda emissiva12. A sonda emissiva é agora usada principalmente como um diagnóstico do potencial plasmático. Embora não possa medir a amplitude dos parâmetros plasmáticos que a sonda de Langmuir consegue, ela também é um diagnóstico de ampla utilidade quando se trata da medição do potencial plasmático, ou, como às vezes é chamado, do potencial espacial eletrostático. Por exemplo, a sonda emissiva pode medir com precisão potenciais espaciais mesmo no vácuo, onde as sondas Langmuir são incapazes de medir qualquer coisa.
A configuração básica da sonda Langmuir consiste em colocar um eletrodo no plasma e medir a corrente coletada. As características de corrente-tensão (I-V) resultantes podem ser usadas para interpretar parâmetros do plasma, como temperatura eletrônica Te, densidade eletrônica ne potencial de plasma φ13. Para um plasma maxwelliano, a relação entre a corrente eletrônica coletada Ie (considerada positiva) e o viés da sonda VB pode ser expressa como14:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ1v2.jpg">
onde Ie0 é a corrente de saturação eletrônica,
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ2v2.jpg">
e onde S é a área de coleta da sonda, <img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ09.jpg"> é a densidade eletrônica a granel, e é a carga do elétron, Te é a temperatura do elétron, me é a massa do elétron. A relação teórica das características de I-V para a corrente eletrônica é ilustrada de duas maneiras na Figura 1A e na Figura 1B. Note, Eq. (1a,b) só se aplica a elétrons em massa. No entanto, as correntes de sonda de Langmuir podem detectar fluxos de partículas carregadas, e ajustes devem ser feitos na presença de elétrons primários, feixes de elétrons, feixes de íons etc. Veja Hershkowitz14 para mais detalhes.
A discussão aqui retoma o caso ideal das funções Maxwellianas de distribuição de energia de elétrons (EEDF). É claro que há muitas circunstâncias em que surgem não-idealidades, mas estas não são o objeto deste trabalho. Por exemplo, em sistemas de processamento de materiais de corrosão e deposição de plasma, tipicamente gerados e sustentados por RF, existem estoques de alimentação de gás molecular que produzem radicais químicos voláteis no plasma, e várias espécies de íons, incluindo íons carregados negativamente. O plasma torna-se eletronegativo, ou seja, tem uma fração significativa da carga negativa no plasma quasineutro na forma de íons negativos. Em plasma com neutros moleculares e íons, colisões inelásticas entre elétrons e as espécies moleculares podem produzir quedas15 nas características de corrente-voltagem, e a presença de íons negativos frios, frios em relação aos elétrons, pode produzir distorções significativas16 nas proximidades do potencial plasmático, todas as quais, naturalmente, são características não-maxwellianas. Prosseguimos os experimentos no trabalho discutido neste trabalho em uma única espécie de íon gás nobre (argônio) plasma de descarga DC, livre desses tipos de efeitos não-maxwellianos. No entanto, um EEDF bi-Maxwelliano é tipicamente encontrado nessas descargas, causado pela presença de emissão de elétrons secundários17 das paredes da câmara. Este componente de elétrons mais quentes é tipicamente alguns múltiplos da temperatura do elétron frio, e menos de 1% da densidade, tipicamente facilmente distinguido da densidade eletrônica e temperatura do volume.
À medida que VB se torna mais negativo que φ, os elétrons são parcialmente repelidos pelo potencial negativo da superfície da sonda, e a inclinação do ln(Ie) vs. VB é e/Te, ou seja. 1/TeV onde TeV é a temperatura do elétron em eV, como mostrado na Figura 1B. Depois que TeV é determinado, a densidade plasmática pode ser derivada como:
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ3v2.jpg">
A corrente iônica é derivada de forma diferente da corrente eletrônica. Os íons são assumidos como "frios" devido à sua massa relativamente grande, Mi &gt;&gt; me, em comparação com a do elétron, assim, em um plasma fracamente ionizado, os íons estão em equilíbrio térmico bastante bom com os átomos de gás neutro, que estão na temperatura da parede. Os íons são repelidos pela bainha da sonda se VB ≥ φ e coletados se VB &lt; φ. A corrente iônica coletada é aproximadamente constante para sondas com viés negativo, enquanto o fluxo de elétrons para a sonda diminui para tensões de polarização da sonda mais negativas do que o potencial plasmático. Como a corrente de saturação eletrônica é muito maior do que a corrente de saturação de íons, a corrente total coletada pela sonda diminui. À medida que o viés da sonda se torna cada vez mais negativo, a queda na corrente coletada é grande ou pequena, pois a temperatura do elétron é fria ou quente, como descrito acima na Eq. (1a). A equação para a corrente iônica nesta aproximação é:
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ4v2.jpg">
onde
<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ5v2.jpg">
e
<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ6v2.jpg">
Observamos que o fluxo constante de íons coletado pela sonda excede o fluxo de íons térmicos aleatórios devido à aceleração ao longo da pressaude da sonda e, assim, os íons atingem a borda da bainha da sonda à velocidade de Bohm18, uB, ao invés da velocidade térmica do íon19. E os íons têm uma densidade igual aos elétrons, já que a pressaude é quase neutra. Comparando a corrente de saturação de íons e elétrons em Eqn.5 e 2, observamos que a contribuição de íons para a corrente de sonda é menor do que a dos elétrons por um fator de <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ10.jpg">. Este fator é de cerca de 108 no caso do plasma de argônio.
Existe um ponto de transição nítido onde a corrente de elétrons passa de exponencial para uma constante, conhecida como "joelho". O viés de sonda no joelho pode ser aproximado como potencial plasmático. No experimento real, esse joelho nunca é afiado, mas arredondado devido ao efeito espaço-carga da sonda, ou seja, a expansão da bainha ao redor da sonda, e também à contaminação da sonda e ao ruído do plasma13.
A técnica da sonda de Langmuir é baseada na corrente de coleta, enquanto a técnica da sonda emissiva é baseada na emissão de corrente. As sondas emissivas não medem nem temperatura nem densidade. Em vez disso, eles fornecem medições precisas do potencial de plasma e podem operar sob uma variedade de situações devido ao fato de que eles são insensíveis aos fluxos de plasma. As teorias e o uso de sondas emissivas são amplamente discutidos na revisão tópica de Sheehan e Hershkowitz20, e suas referências.
Para a densidade plasmática 1011 ≤ ne ≤ 1018 m-3, recomenda-se a técnica do ponto de inflexão no limite de emissão zero, o que significa tomar uma série de traços I-V, cada um com diferentes correntes de aquecimento do filamento, encontrando a tensão de polarização do ponto de inflexão para cada traço I-V, e extrapolar os pontos de inflexão para o limite de emissão zero para obter o potencial de plasma, como mostra a Figura 2.
É uma suposição comum que as técnicas de Langmuir e sonda emissiva concordam no plasma quasineutro, mas discordam na bainha, a região do plasma em contato com o limite em que a carga espacial aparece. O estudo se concentra no potencial plasmático próximo aos limites do plasma, em plasma de baixa temperatura e baixa pressão, em um esforço para testar essa suposição comum. Para comparar as medidas de potencial pela sonda de Langmuir e pela sonda emissiva, o potencial plasmático também é determinado pela aplicação da técnica do ponto de inflexão à sonda de Langmuir I-V, como mostrado na Figura 3. É geralmente aceito1 que o potencial plasmático é encontrado encontrando-se a tensão de polarização da sonda na qual a segunda derivada da corrente coletada se diferencia em relação à tensão de polarização, <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ11.jpg">ou seja, o pico da curva dI/dV , com relação à tensão de polarização da sonda. A Figura 3 demonstra como se encontra esse máximo em dI/dV, ponto de inflexão da característica corrente-tensão.
As sondas Langmuir (coletoras) e emissivas (emissoras) possuem características I-V diferentes, que também dependem da geometria da ponta da sonda, como mostra a Figura 4. O efeito de carga espacial da sonda deve ser considerado antes da fabricação da sonda. Nos experimentos, para as sondas planares de Langmuir, utilizou-se um disco planar de tântalo de 1/4". Poderíamos coletar mais corrente e obter sinais maiores com um disco maior. No entanto, para que as análises acima sejam aplicadas, a área da sonda, Ap deve ser mantida menor que a área de perda de elétrons da câmara, Aw, satisfazendo21 a desigualdade <img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ12.jpg">. Para a sonda cilíndrica de Langmuir, utilizou-se um fio de Tungstênio de 0,025 mm de espessura e 1 cm de comprimento para a sonda cilíndrica de Langmuir e a mesma espessura para o fio de Tungstênio para a sonda emissiva. É importante notar que para sondas cilíndricas de Langmuir, para os parâmetros plasmáticos desses experimentos, o raio da ponta da sonda, rp, é muito menor que seu comprimento, Lp, e menor que o comprimento de Debye, λD; isto é, <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ13.jpg">e <img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ14.jpg">. Nesta faixa de parâmetros, aplicando a teoria de Orbital Motion Limited e o desenvolvimento de Laframboise22 para o caso de elétrons e íons térmicos, verificamos que para tensões de polarização de sonda iguais ou maiores que o potencial plasmático, a corrente eletrônica coletada pode ser parametrizada por uma função da forma <img alt="Equation 15" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ15.jpg">, onde o expoente <img alt="Equation 16" src="/files/ftp_upload/61804/61804equ16.jpg">. O ponto importante aqui é que, para valores desse expoente menores que a unidade, o método do ponto de inflexão para determinação do potencial plasmático, como descrito no parágrafo acima, também se aplica às sondas cilíndricas de Langmuir.

<table><tbody><tr><td>Fio de tungstênio de 0,001" de espessura</td><td>Midwest Tungsten Service</td><td>0,001"</td><td>Filamento de sonda emissiva</td></tr><tr><td>Folha de tântalo de 0,005" de espessura</td><td>Midwest Tungsten Service</td><td>0,005"</td><td>Filamento de aquecimento para gerar plasma</td></tr><tr><td>Tubo</td><td></td><td></td><td></td>de suporte de latão de 1/</tr><tr><td>2" Conjunto de ponteira de latão de 1/4"</td><td>Swagelok</td><td>B-400-SET</td><td>Interface entre o eixo da sonda inoxidável e o tubo swagelok encaixe</td></tr><tr><td>1/4" OD 304 ou 315 tubo de aço inoxidável</td><td>Swagelok</td><td>SS-T4-S-035-20</td><td>Usado para fazer o eixo da sonda, encomenda sem costura, vendido em comprimentos de 20'</td></tr><tr><td>Tubos de alumina</td><td>COORSTEK</td><td>65655, furo único 0,156" OD 0,094 ID</td><td>furo único, furo duplo, furo quádruplo, uso para estrutura de suporte para sondas emissivas e Langmuir entre a ponta da sonda e o eixo</td></tr><tr><td>Manômetro Baratron</td><td>MKS</td><td>Tipo 127</td><td>Exibe a pressão quando há gás fluindo na câmara</td></tr><tr><td>Encaixe de tubo de latão Swagelok</td><td>Swagelok</td><td>B-400-1-OR</td><td>Acessórios de tubo usados na sonda</td></tr><tr><td>Encaixe de tubo de latão Swagelok</td><td>Swagelok</td><td>B-810-6</td><td>Encaixes de tubo usados na sonda</td></tr><tr><td>Encaixe de tubo de latão</td><td>Swagelok</td><td>B-810-1-OR</td><td>Encaixes de tubo usados no sonda</td></tr><tr><td>Líquido cerâmico</td><td>Sauereisen</td><td>No. 31 Mistura líquida encapsulante cerâmica</td><td>com poder de cimento No.31 para fazer a pasta cerâmica</td></tr><tr><td>Pó cerâmico</td><td>Sauereisen</td><td>Cement Powder No. 31 Off-White</td><td>Existem cimentos Saureisen que curam com água, por exemplo, No.10 Pó</td></tr><tr><td>Fio de níquel banhado a ouro</td><td>SYLVANIA ELECTRIC PRODUCT</td><td></td><td>soldado à ponta da sonda para fornecer suportes</td></tr><tr><td>Controlador de manômetro de íons</td><td>Granville-Phillips</td><td>270 Controlador de manômetro</td><td>Aqueça o manômetro de íons e exiba a pressão dentro da câmara</td></tr><tr><td>Bomba mecânica</td><td>Leybold D60 D60AC</td><td>D60 D60AC</td><td>Reduza a pressão para ~10 mTorr e sirva como bomba de apoio para a válvula de agulha da bomba turbo</td></tr><tr><td></td><td>Whitey</td><td>SS-22RS4</td><td>Válvula de Medição Micro-Agulha Micrômetro Tubo de 1/4" Conexões Swagelok</td></tr><tr><td>Fonte de alimentação</td><td>Kepco</td><td>ATE 100-10M</td><td>Tensão Alimentação de polarização do filamento de aquecimento</td></tr><tr><td>Fonte de alimentação</td><td>Sorensen</td><td>DCR 20-115B</td><td>Alimentação de aquecimento da válvula de corte do filamento de aquecimento</td></tr><tr><td></td><td>Kurt J. Lesker</td><td>Nupro SS-4BK</td><td>Punho de maçaneta, para tubos de 1/4", acessórios swagelok Encaixe</td></tr> de <tr><td>vácuo Ultra-Torr de aço inoxidável</td><td>Swagelok</td><td>SS-4-UT-A-8</td><td>Acessórios de tubo usados na sonda</td></tr><tr><td>Fio revestido de Teflon</td><td>Geyer Systems</td><td>P31546</td><td>Conecte o fio revestido de ouro ao pino BNC</td></tr><tr><td>Bomba turbo</td><td>PFEIFFER</td><td>TPH 240 C</td><td>Reduza a pressão para 1E-6 Torr</td></tr><tr><td>Graxa a vácuo</td><td>APIEZON</td><td>L Graxa de grau Ultra Alto Vácuo</td><td>Graxa a vácuo usada para lubrificar o oring</td></tr><tr><td>Viton Orings</td><td>Grainger</td><td>#031</td><td>Round #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>Redondo #010 Médio Duro Viton O-Ring, 0.239" I.D., 0.379"O.D</td></tr></tbody></table>

construção de sondas langmuir e sondas emissivas para medições de potencial de plasma em plasmas de baixa pressão e baixa temperatura

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

As sondas de Langmuir têm sido usadas há muito tempo em pesquisas experimentais de física de plasmas como o diagnóstico primário para fluxos de partículas (isto é, fluxos de elétrons e íons) e suas concentrações espaciais locais, para temperaturas de elétrons e para medições de potencial de plasma eletrostático, desde sua invenção por Langmuir no início da década de 1920. Sondas emissivas são usadas para medir potenciais plasmáticos. Os protocolos apresentados neste trabalho servem para demonstrar como essas sondas podem ser construídas para uso em uma câmara de vácuo na qual uma descarga de plasma pode ser confinada e sustentada. Isso envolve técnicas de vácuo para construir o que é essencialmente uma alimentação elétrica, que é rotativa e traduzível. Certamente, sistemas completos de sonda Langmuir podem ser comprados, mas eles também podem ser construídos pelo usuário com considerável economia de custos e, ao mesmo tempo, ser mais diretamente adaptados ao seu uso em um experimento específico. Descrevemos o uso de sondas de Langmuir e sondas emissivas no mapeamento do potencial eletrostático do plasma do corpo do plasma até a região da bainha de um limite de plasma, que nesses experimentos é criado por um eletrodo com viés negativo imerso no plasma, a fim de comparar as duas técnicas diagnósticas e avaliar suas vantagens e fraquezas relativas. Embora as sondas de Langmuir tenham a vantagem de medir a densidade do plasma e a temperatura eletrônica com mais precisão, as sondas emissivas podem medir potenciais de plasma eletrostático com mais precisão em todo o plasma, até e incluindo a região da bainha.

As sondas de Langmuir, conhecidas por serem sensíveis aos fluxos e à energia cinética das partículas que coletam, têm sido consideradas até agora para produzir medidas válidas do potencial plasmático, exceto em bainhas. Mas comparações diretas dos potenciais plasmáticos medidos por sondas de Langmuir e sondas emissivas demonstraram que, na região de presheath quase neutra do plasma imediatamente em contato com a bainha do lado do plasma, as sondas de Langmuir não fornecem medidas precisas do potencial plasmático<sup clas...

O principal objetivo deste trabalho é tornar mais fácil para grupos de pesquisa não familiarizados com sondas Langmuir e sondas emissivas usá-las como diagnóstico de plasma, especialmente perto de limites de plasma. Fazemos isso demonstrando como construir as sondas a partir de materiais e suprimentos prontamente disponíveis.

Construção de Sondas Langmuir e Sondas Emissivas para Medições de Potencial de Plasma em Plasmas de Baixa Pressão e Baixa 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) ...

Fornecemos um protocolo passo-a-passo sobre como fazer sondas Langmuir e sondas emissivas usando material de laboratório prontamente disponível para pesquisadores que desejam construir a si mesmos. O uso de material prontamente disponível no laboratório torna mais barato e fácil construir e manter sondas eletrostáticas para diagnóstico de plasma e torna o sistema mais adaptável a diferentes configurações de laboratório. A interface de vácuo usada em nosso protocolo de construção também pode ser usada como métodos de alimentação para outros dispositivos de baixa pressão.Ao realizar este protocolo, as técnicas de vácuo verificam a continuidade elétrica, a cura da pasta cerâmica e o gerenciamento da fragilidade da sonda podem parecer desafiadores no início. Comece construindo as sondas Langmuire. Tome um tubo de aço inoxidável de um quarto de polegada de diâmetro como eixo da sonda.Corte o tubo para que a sonda possa cobrir axialmente mais da metade do comprimento da câmara. Encaixe o lado não dobrado do eixo através de um tubo de latão por um adaptador SS-4-UT-A-8 em combinação com um encaixe de tubo B-810-6 Union. Use um tubo de latão de meia polegada que se estende para fora dos flanges personalizados através de uma interface B-810-1 OU Swagelok para fornecer suporte axial para o eixo da sonda.Conecte a extremidade não dobrada do eixo da sonda à carcaça BNC através de um encaixe B-400-1 OU Swagelok. Encaixe o fio de níquel revestido a ouro através de dois tubos de alumina de furo único, encaixando o tubo mais espesso dentro do eixo da sonda. Solda pontualmente uma extremidade do fio de níquel revestido de ouro em um pedaço de fio descascado, que é colocado na caneta da alimentação BNC, na extremidade do eixo da sonda.Em seguida, corte o fio revestido de ouro para que a junta com o fio descascado se encaixe dentro do tubo de alumina para evitar curto-circuito com o eixo da sonda. Perfure uma folha de tântalo para fazer uma ponta de ponta de ponta da sonda Langmuir e solde pontualmente na outra extremidade do fio de níquel revestido de ouro na borda da ponta, ajustando a ponta da sonda normal ao eixo da placa de contorno. Posicione a ponta da sonda ligeiramente para a frente de modo que o corpo da sonda não toque a placa limite durante as medições dentro da bainha.Sele todas as juntas com pasta cerâmica para isolar os componentes do circuito da sonda do plasma e use um aquecedor para assar as juntas cerâmicas por cinco a 10 minutos. Use um multímetro para medir a resistência entre a ponta da sonda e o conector BNC. Se a continuidade for demonstrada, a sonda está pronta para ser colocada na câmara de vácuo.Para construir uma sonda admissiva cilíndrica, siga o procedimento descrito anteriormente, com exceção de usar um tubo de alumínio de dois furos de oitava polegada em vez de um tubo de furo único. Corte o fio de tungstênio de 0,025 milímetro de diâmetro para cerca de um centímetro e solde o filamento de tungstênio em fios revestidos de ouro. Sele as juntas alt com pasta cerâmica, certificando-se de que a pasta não entre no filamento de tungstênio.Verifique a continuidade entre as duas extremidades do BNC. Ligue o manômetro de íons para verificar a pressão base antes de colocar gás na câmara. Caso contrário, verifique se há vazamentos no sistema.Use a caneta para calibrar o visor baratron até que o número flutue dentro de mais ou menos 0,01 militorr. Certifique-se de que a válvula da agulha está em uma posição fechada. Em seguida, abra a válvula de desligamento e verifique se não há mudança de pressão na leitura do baratron.Gire lentamente o botão da válvula da agulha para liberar o gás na câmara até que a pressão necessária seja atingida. Ligue a fonte de alimentação de tensão e ajuste a tensão para 60 volts negativos para fornecer energia eletrônica suficiente para a seção transversal de ionização máxima de Argonne. Em seguida, ligue a fonte de alimentação de aquecimento para os filamentos e ajuste lentamente o nível até que a corrente de descarga leia o valor necessário.Conecte a fonte de tensão à placa de contorno e ajuste o viés para o nível desejado. Em seguida, prossiga com a medição. Conecte a sonda ao circuito de aquisição e controle de dados e prossiga para varrer a tensão aplicada à sonda enquanto mede simultaneamente a corrente puxada pela sonda.Salve o rastreamento de tensão de corrente. Repita a aquisição de dados com as sondas admissivas, aquisição de dados e circuito de controle. As sondas de Langmuir foram construídas em quatro configurações diferentes, e foram rotuladas como LPJ, com J sendo um inteiro de um a quatro.Os desenhos da sonda incluíram a sonda cilíndrica Langmuir LP um, a sonda Langmuir dupla face, LP dois, a sonda plaina Langmuir, LP três, com o lado voltado para a placa limite selado por pasta cerâmica, e a sonda planar Langmuir, LP quatro, com o lado voltado para longe da placa limite coberto por pasta cerâmica. A comparação entre as medidas da sonda de Langmuir e de uma sonda missiva são mostradas aqui. Todos os quatro tipos de sonda de Langmuir foram comparados com medidas de sonda missiva para determinar quão bem eles medem potenciais plasmáticos próximos aos limites plasmáticos, especificamente na região pré-bainha.Diferentes desenhos de sondas foram testados para determinar se a maneira como as sondas de Langmuir são usadas para medir potenciais plasmáticos fornece resultados precisos. Todas as medidas da sonda de Langmuir foram comparadas com as medidas admissivas da sonda do potencial plasmático. Na pré-bainha, todos os potenciais plasmáticos medidos pela sonda de Langmuir diferem daqueles medidos por sondas admissivas.A diferença aumenta com a proximidade da borda da bainha, crescendo para um valor de muitas temperaturas eletrônicas. Parâmetros do plasma, tais como temperatura, densidade, comprimentos para comprar e comprimentos da bainha de Langmuir criança obtidos a partir das medidas por LP dois na maior parte do plasma são mostrados aqui. Esses parâmetros ajudam a estabelecer boas estimativas da espessura nominal da bainha para sondas planas de Langmuir.Para realizar com sucesso este protocolo, leve ao forno todas as bolhas de ar ao secar a pasta cerâmica. E antes de colocar a sonda na câmara de vácuo, não se esqueça de fazer a verificação de continuidade entre a fita de sonda e a cabeça BNC, e também a verificação de instalação entre a fita de sonda e o eixo da sonda. Sondas eletrostáticas são usadas para detectar e lançar as ondas de plasma para medir a presença das instabilidades do plasma e mapear a estrutura coerente encontrada no plasma, como camadas duplas e toneladas sólidas.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Engenharia

Um método experimental para examinar a evolução de plasma induzida por precoce ultracurtos impulsos laser é descrito. Usando este método, imagens de alta qualidade de plasma no início são obtidas com elevada resolução temporal e espacial. Um modelo integrado romance atomística é usado para simular e explicar os mecanismos de plasma inicial.

Investigação da Evolução Plasma Precoce Induzida por Pulsos ultracurtos de laser

Este filme mostra como uma tocha de plasma atmosférico pode ser acesa por micro-ondas sem ignitores adicionais e fornece uma operação de plasma estável e contínua adequada para muitas aplicações.

Como inflamar uma pressão atmosférica Microondas Plasma Torch sem qualquer Ignitores adicionais

Descrevemos a metodologia de esfoliação mecânica e deposição de flocos de novos materiais com dimensões de tamanho mícron no substrato, fabricação de estruturas de dispositivos experimentais para experimentação de transporte e a medição de magnetotransporte em um criostato de ciclo fechado de hélio seco em temperaturas de até 0,300 K e campos magnéticos de até 12 T.

Métodos experimentais avançados para baixa temperatura Magnetotransporte Medição de novos materiais

O desenvolvimento de novos materiais ablativos e sua modelagem numérica requerem extensa investigação experimental. Este protocolo descreve procedimentos para caracterização da resposta do material em fluxos de plasma, sendo as técnicas principais métodos não intrusivos para rastrear a recessão do material junto com a química na camada limite reativa por espectroscopia de emissão.

Emissão espectroscópica Boundary Investigation Camada durante ablativo Teste de material em Plasmatron

Uma configuração experimental foi criada para o jato de plasma de frequência kHz operado por hélio. A configuração inclui uma gaiola para a fonte de alimentação de plasma e jato e um reator construído internamente para monitorar espécies reativas induzidas por plasma sem a interferência da atmosfera ambiente.

Uma configuração Plasma Pressão atmosférica para investigar a formação de espécies reativas

Este artigo descreve um reator de microondas fluido que é usado para conduzir uma química de não equilíbrio eficiente para a aplicação de conversão / ativação de moléculas estáveis, como CO 2 , N 2 e CH 4 . O objetivo do procedimento descrito aqui é medir a temperatura do gás in situ e a conversão de gás.

Plasma de microondas sem equilíbrio para química de alta temperatura eficiente

Este artigo apresenta um método de espectroscopia (TIRAS) de absorção de reflexão interna total de medição de curta duração os radicais livres em uma interface plasma-líquido. Em particular, TIRAS é usado para identificar solvated elétrons baseados sua absorvância óptica da luz vermelha perto de 700 nm.

Espectroscopia de absorção de reflexão interna total (TIRAS) para a detecção de Solvated elétrons em uma Interface Plasma-líquido

Este protocolo descreve as principais etapas para executar e analisar experimentos de bomba-sonda combinando femtosecond laser óptico com um laser de elétrons livres para estudar reações fotoquímicas ultra rápidas em moléculas da fase gasosa.

Um protocolo Experimental para Femtosecond NIR/UV - XUV bomba-sonda experimentos com Lasers de elétrons livres

Carregamento de pó e mobilização é demonstrada em três experimentos com exposição de plasma térmico com feixe de elétrons, feixe de elétrons somente ou apenas radiação ultravioleta (UV). Estas experiências apresentam a compreensão avançada do transporte do pó eletrostática e seu papel em moldar as superfícies dos corpos planetários mal ventilados.

Métodos experimentais de poeira e mobilização sobre superfícies com exposição à radiação ultravioleta ou Plasmas de

Aqui, apresentamos um protocolo para testar e otimizar sistemas de propulsão espacial baseados em propulsores de Hall-tipo miniaturizados.

Otimização, teste e diagnóstico dos propulsores miniaturizados Hall

Este protocolo é apresentado para caracterizar a configuração, manuseio e aplicação do COST-Jet para o tratamento de diversas superfícies, como sólidos e líquidos.

Tratando superfícies com um plasma de pressão atmosférica fria usando o CUSTO-Jet

Aprenda a construir sondas Langmuir e emissivas com materiais acessíveis para diagnósticos de plasma de baixa pressão. Este protocolo detalhado facilita a montagem e manutenção de sondas eletrostáticas em laboratórios.

Construção de Sondas Langmuir e Sondas Emissivas para Medições de Potencial de Plasma em Plasmas de Baixa Pressão e Baixa Temperatura (Vídeo) | JoVE Journal

Construção de Sondas Langmuir e Sondas Emissivas para Medições de Potencial de Plasma em Plasmas de Baixa Pressão e Baixa Temperatura

Explorar mais vídeos