Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.

Yöntem makalesi

Düşük Basınçlı, Düşük Sıcaklıklı Plazmalarda Plazma Potansiyeli Ölçümleri için Langmuir Probları ve Yayıcı Problar Oluşturma

5.9K görüntülenme

⸱

DOI:

10.3791/61804

⸱

25 Mayıs 2021

 ,  , 
1Department of Engineering Physics, University of Wisconsin, 2Department of Physics & Biophysics, University of San Diego

* These authors contributed equally

Bu makalede

Özet

Bu çalışmanın temel amacı, Langmuir problarına ve yayıcı problara aşina olmayan araştırma gruplarının, özellikle plazma sınırlarının yakınında, bunları plazma teşhisi olarak kullanmalarını kolaylaştırmaktır. Bunu, probların hazır malzeme ve malzemelerden nasıl oluşturulacağını göstererek yapıyoruz.

Özet

Langmuir probları, 1920'lerin başında Langmuir tarafından icat edilmesinden bu yana, deneysel plazma fiziği araştırmalarında parçacık akışları (yani elektron ve iyon akışları) ve bunların yerel uzamsal konsantrasyonları, elektron sıcaklıkları ve elektrostatik plazma potansiyeli ölçümleri için birincil tanı olarak uzun süredir kullanılmaktadır. Plazma potansiyellerini ölçmek için yayıcı problar kullanılır. Bu çalışmada sergilenen protokoller, bu probların, bir plazma deşarjının sınırlandırılabileceği ve sürdürülebileceği bir vakum odasında kullanılmak üzere nasıl inşa edilebileceğini göstermeye hizmet eder. Bu, esasen bir elektrik beslemesi olan, döndürülebilir ve çevrilebilir olanı oluşturmak için vakum tekniklerini içerir. Elbette, eksiksiz Langmuir prob sistemleri satın alınabilir, ancak bunlar kullanıcı tarafından önemli ölçüde maliyet tasarrufu sağlayacak şekilde üretilebilir ve aynı zamanda belirli bir deneydeki kullanımlarına daha doğrudan uyarlanabilir. İki tanı tekniğini karşılaştırmak ve göreceli avantajlarını ve zayıflıklarını değerlendirmek için plazmanın gövdesinden bir plazma sınırının kılıf bölgesine kadar elektrostatik plazma potansiyelinin haritalanmasında Langmuir problarının ve yayıcı probların kullanımını açıklıyoruz, bu deneylerde plazmanın içine daldırılmış negatif önyargılı bir elektrot tarafından oluşturulur. Langmuir probları, plazma yoğunluğunu ve elektron sıcaklığını en doğru şekilde ölçme avantajına sahip olsa da, yayıcı problar, kılıf bölgesine kadar ve dahil olmak üzere plazma boyunca elektrostatik plazma potansiyellerini daha doğru bir şekilde ölçebilir.

Giriş

Langmuir'in 1920'lerde yeni bir madde hali olan plazmanın ortam benzeri davranışına ilişkin keşiflerine dayanan plazma fiziği araştırmalarının bu ilk yüzyılı boyunca, Langmuir sondasının plazma parametrelerinin en önemli tanısı olduğu kanıtlanmıştır. Bu, olağanüstü uygulanabilirlik aralığı nedeniyle kısmen doğrudur1. 2,3,4 uydularının karşılaştığı plazmada, yarı iletken işleme deneylerinde,5,6,7,8 tokamaklarda hapsedilmiş plazmanın kenarlarında,9,10,11 ve çok çeşitli temel plazma fiziği deneylerinde, Langmuir probları 10 8≤ne aralıklarını kapsayan plazma yoğunluklarını ve sıcaklıklarını ölçmek için kullanılmıştır≤1019 m-3 ve 10-3≤Te≤102eV , sırasıyla. Aynı zamanda, 1920'lerde, şimdi kendi adını taşıyan sondayı ve yayıcı sonda12'yi icat etti. Yayıcı prob şimdi öncelikle plazma potansiyelinin teşhisi olarak kullanılmaktadır. Langmuir probunun ölçebildiği plazma parametrelerinin genişliğini ölçemese de, plazma potansiyelinin veya bazen elektrostatik uzay potansiyelinin ölçümü söz konusu olduğunda geniş bir fayda sağlayan bir teşhistir. Örneğin, yayıcı sonda, Langmuir sondalarının herhangi bir şeyi ölçemediği bir vakumda bile uzay potansiyellerini doğru bir şekilde ölçebilir.

Langmuir probunun temel kurulumu, plazmaya bir elektrot yerleştirmek ve toplanan akımı ölçmekten ibarettir. Elde edilen akım-voltaj (I-V) özellikleri, elektron sıcaklığı Te, elektron yoğunluğu ne ve plazma potansiyeli φ13 gibi plazma parametrelerini yorumlamak için kullanılabilir. Bir Maxwellian plazması için, toplanan elektron akımı Ie (pozitif olarak alınır) ile prob yanlılığı VB arasındaki ilişki14 olarak ifade edilebilir:

figure-introduction-1

burada Ie0 elektron doygunluk akımıdır,

figure-introduction-2

ve burada S probun toplama alanıdır, yığın elektron yoğunluğudur, figure-introduction-3 e elektron yüküdür, Te elektron sıcaklığıdır, me elektron kütlesidir. Elektron akımı için IV karakteristiklerinin teorik ilişkisi Şekil 1A ve Şekil 1B'de iki şekilde gösterilmiştir. Not, Eşitlik (1a,b) yalnızca yığın elektronlar için geçerlidir. Bununla birlikte, Langmuir prob akımları yüklü parçacıkların akışlarını algılayabilir ve birincil elektronların, elektron ışınlarının veya iyon ışınlarının vb. varlığında ayarlamalar yapılmalıdır. Daha fazla ayrıntı için Hershkowitz14'e bakın.

Buradaki tartışma, Maxwellian elektron enerji dağıtım fonksiyonlarının (EEDF) ideal durumunu ele almaktadır. Tabii ki, ideal olmayanların ortaya çıktığı birçok durum var, ancak bunlar bu çalışmanın konusu değil. Örneğin, tipik olarak RF tarafından üretilen ve sürdürülen aşındırma ve biriktirme plazma sistemlerini işleyen malzemelerde, plazmada uçucu kimyasal radikaller üreten moleküler gaz besleme stokları ve negatif yüklü iyonlar dahil olmak üzere çoklu iyon türleri vardır. Plazma elektronegatif hale gelir, yani yarı nötr plazmadaki negatif yükün önemli bir kısmına negatif iyonlar şeklinde sahip olur. Moleküler nötrler ve iyonlar içeren plazmada, elektronlar ve moleküler türler arasındaki esnek olmayan çarpışmalar, akım-voltaj özelliklerinde düşüşler15 üretebilir ve elektronlara göre soğuk olan soğuk negatif iyonların varlığı, plazma potansiyelinin yakınında önemli bozulmalar16 üretebilir, bunların hepsi elbette Maxwellian olmayan özelliklerdir. Bu yazıda tartışılan çalışmadaki deneyleri, bu tür Maxwellian olmayan etkilerden arınmış tek bir iyon türü soy gaz (argon) DC deşarj plazmasında kovuşturduk. Bununla birlikte, bu deşarjlarda tipik olarak, oda duvarlarından ikincil elektron emisyonunun17 varlığından kaynaklanan bir bi-Maxwellian EEDF bulunur. Daha sıcak elektronların bu bileşeni tipik olarak soğuk elektron sıcaklığının birkaç katıdır ve yoğunluğun %1'inden azdır, tipik olarak toplu elektron yoğunluğu ve sıcaklığından kolayca ayırt edilir.

VB , φ'den daha negatif hale geldiğinden, elektronlar prob yüzeyinin negatif potansiyeli tarafından kısmen itilir ve ln(Ie) ile VB'nin eğimi e/Te'dir, yani. 1/TeV burada TeV , Şekil 1B'de gösterildiği gibi eV cinsinden elektron sıcaklığıdır. TeV belirlendikten sonra, plazma yoğunluğu şu şekilde türetilebilir:

figure-introduction-4

İyon akımı, elektron akımından farklı şekilde türetilir. İyonların, elektronunkine kıyasla nispeten büyük kütleleri olan Mi >> me nedeniyle "soğuk" olduğu varsayılır, bu nedenle, zayıf iyonize bir plazmada iyonlar, duvar sıcaklığında olan nötr gaz atomları ile oldukça iyi termal dengededir. VB ≥ φ ise iyonlar prob kılıfı tarafından itilir ve VB < φ ise toplanır. Toplanan iyon akımı, negatif önyargılı problar için yaklaşık olarak sabitken, proba giden elektron akısı, plazma potansiyelinden daha negatif prob bias voltajları için azalır. Elektron doygunluk akımı, iyon doygunluk akımından çok daha büyük olduğundan, prob tarafından toplanan toplam akım azalır. Prob yanlılığı giderek daha negatif hale geldikçe, yukarıda Eşitlik (1a)'da açıklandığı gibi, elektron sıcaklığı soğuk veya sıcak olduğu için toplanan akımdaki düşüş büyük veya küçüktür. Bu yaklaşımda iyon akımı denklemi şöyledir:

figure-introduction-5

nerede

figure-introduction-6

ve

figure-introduction-7

Prob tarafından toplanan sabit iyon akısının, probun ön kılıfı boyunca ivme nedeniyle rastgele termal iyon akısını aştığını ve böylece iyonların, iyon termal hızı19 yerine Bohm hızı18, uB'de probun kılıf kenarına ulaştığını not ediyoruz. Ve iyonlar, ön kılıf yarı nötr olduğu için elektronlara eşit bir yoğunluğa sahiptir. Denklem.5 ve 2'deki iyon ve elektron doygunluk akımını karşılaştırarak, prob akımına iyon katkısının elektronlarınkinden bir figure-introduction-8kat daha küçük olduğunu gözlemliyoruz. Argon plazma durumunda bu faktör yaklaşık 108'dir.

Elektron akımının üstel bir noktadan "diz" olarak bilinen bir sabite gittiği keskin bir geçiş noktası vardır. Dizdeki prob yanlılığı, plazma potansiyeli olarak tahmin edilebilir. Gerçek deneyde, bu diz asla keskin değildir, ancak probun boşluk yükü etkisi, yani probu çevreleyen kılıfın genişlemesi ve ayrıca prob kontaminasyonu ve plazma gürültüsü nedeniyle yuvarlaktır13.

Langmuir prob tekniği toplama akımına dayanırken, yayıcı prob tekniği akımın emisyonuna dayanır. Yayıcı problar ne sıcaklığı ne de yoğunluğu ölçer. Bunun yerine, hassas plazma potansiyeli ölçümleri sağlarlar ve plazma akışlarına duyarsız olmaları nedeniyle çeşitli durumlarda çalışabilirler. Yayıcı probların teorileri ve kullanımı, Sheehan ve Hershkowitz20 tarafından yapılan topikal incelemede ve buradaki referanslarda tam olarak tartışılmıştır.

Plazma yoğunluğu 1011 ≤ ne ≤10 18 m-3 için, sıfır emisyon sınırındaki bükülme noktası tekniği önerilir, bu da her biri farklı filament ısıtma akımlarına sahip bir dizi IV izi almak, her bir IV izi için bükülme noktası önyargı voltajını bulmak ve plazma potansiyelini elde etmek için bükülme noktalarını sıfır emisyon sınırına tahmin etmek anlamına gelir, Şekil 2'de gösterildiği gibi.

Langmuir ve yayıcı prob tekniklerinin yarı nötr plazmada hemfikir olduğu, ancak plazmanın uzay yükünün göründüğü sınırla temas halinde olan bölgesi olan kılıfta aynı fikirde olmadığı yaygın bir varsayımdır. Çalışma, bu yaygın varsayımı test etmek için düşük sıcaklıkta, düşük basınçlı plazmada, plazma sınırlarına yakın plazma potansiyeline odaklanmaktadır. Hem Langmuir probu hem de yayıcı prob ile potansiyel ölçümleri karşılaştırmak için, Şekil 3'te gösterildiği gibi Langmuir probu I-V'ye bükülme noktası tekniği uygulanarak plazma potansiyeli de belirlenir. Genel olarak kabul edilir1 Plazma potansiyeli, toplanan akımın ikinci türevinin öngerilim gerilimine göre farklılaştığı prob öngerilim gerilimini, figure-introduction-9yani dI/dV eğrisinin tepe noktasını, prob öngerilim gerilimine göre farklılaştırarak bulunur. Şekil 3, akım-voltaj karakteristiğinin bükülme noktası olan dI/dV'deki bu maksimumun nasıl bulunduğunu göstermektedir.

Langmuir probları (toplama) ve yayıcı problar (yayma), Şekil 4'te gösterildiği gibi, prob ucunun geometrisine de bağlı olan farklı IV özelliklerine sahiptir. Prob imalatından önce probun uzay yükü etkisi dikkate alınmalıdır. Deneylerde, düzlemsel Langmuir probları için 1/4" düzlemsel Tantal disk kullandık. Daha büyük bir diskle daha fazla akım toplayabilir ve daha büyük sinyaller alabiliriz. Bununla birlikte, yukarıdaki analizlerin uygulanabilmesi için, probun alanı, Ap, odanın elektron kaybı alanından daha küçük tutulmalıdır, Aw,eşitsizliği figure-introduction-1021 sağlar. Silindirik Langmuir probu için, silindirik Langmuir probu için 0.025 mm kalınlığında, 1 cm uzunluğunda bir Tungsten teli ve yayıcı prob için Tungsten teli için aynı kalınlıkta kullandık. Silindirik Langmuir probları için, bu deneylerin plazma parametreleri için, prob ucunun yarıçapının, rp'nin, uzunluğundan, Lp'den çok daha küçük ve Debye uzunluğundan, λD'den daha küçük olduğuna dikkat etmek önemlidir; yani, figure-introduction-11, ve figure-introduction-12. Bu parametre aralığında, Orbital Hareket Sınırlı teorisini ve Laframboise'ın termal elektronlar ve iyonlar için22 geliştirmesini uygulayarak, plazma potansiyeline eşit veya daha büyük prob öngerilim gerilimleri için, toplanan elektron akımının, üssün figure-introduction-13 bulunduğu formun figure-introduction-14bir fonksiyonu ile parametrelendirilebileceğini bulduk.. Buradaki önemli nokta, bu üssün birlikten küçük değerleri için, yukarıdaki paragrafta açıklandığı gibi plazma potansiyelini belirlemek için bükülme noktası yönteminin silindirik Langmuir probları için de geçerli olmasıdır.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

1. Bir vakum odasına sığacak şekilde Langmuir probları ve Yayıcı problar inşa etmek

  1. Düzlemsel Langmuir sondası (daha fazla ayrıntı için bkz. Şekil 5 )
    1. Prob mili olarak 1/4" çapında paslanmaz çelik bir boru alın ve bir ucunu istenen 90° açıyla bükün.
    2. Bükülmemiş tarafı, probun hazne uzunluğunun yarısından fazlasını eksenel olarak kaplayabilmesi için bir uzunluğa kesin.
    3. Milin bükülmemiş tarafını, bir B-4-8 rakor boru bağlantısı ile birlikte bir SS-810-UT-A-6 adaptörü ile pirinç borudan geçirin.
    4. Prob mili için eksenel destek sağlamak için bir B-810-1-OR swagelok arayüzü aracılığıyla özelleştirilmiş flanşlardan uzanan 1/2" pirinç boru kullanın.
    5. Prob milinin bükülmemiş ucunu, Şekil 400'da gösterildiği gibi bir B-1-6-OR swagelok bağlantısı aracılığıyla BNC muhafazasına bağlayın.
    6. Altın kaplı nikel teli, Şekil 1'de gösterildiği gibi, daha kalın olanı prob milinin içine oturacak şekilde iki tek delikli alümina tüpe (3/16" ve 7/7" çapında) takın.
    7. Altın kaplı nikel telin bir ucunu, prob milinin ucundaki BNC geçişinin pimine lehimlenmiş bir soyulmuş tel parçasına nokta kaynağı yapın.
    8. Prob mili ile kısa devreyi önlemek için altın kaplı teli, soyulmuş telli bağlantı alümina tüpün içine oturacak şekilde kesin.
    9. Düzlemsel bir Langmuir prob ucu (1/4" çapında) yapmak için bir tantal tabakayı delin
    10. Altın kaplı nikel telin diğer ucunu prob ucunun kenarına nokta kaynağı yapın ve prob ucunu sınır plakasının eksenine normal olacak şekilde ayarlayın.
    11. Kılıf içinde ölçüm yaparken probun gövdesi sınır plakasına temas etmeyecek şekilde prob ucunu biraz öne doğru konumlandırın.
    12. Prob devresi bileşenlerini plazmadan yalıtmak için tüm derzleri seramik macunla (örneğin, Sauereisen Çimentosu No. 31) kapatın. Seramik derzleri 5-10 dakika pişirmek için bir ısı tabancası kullanın.
    13. Prob ucu ile BNC konektörü arasındaki direnci ölçmek için bir multimetre kullanın. Süreklilik gösterilirse, prob vakum odasına konmaya hazırdır.
  2. Silindirik bir yayıcı prob oluşturma (daha fazla ayrıntı için bkz. Şekil 8 )
    1. Adım 1.1.1-1.1.4'ü izleyin ve tek delikli yerine 1/8", iki delikli alümina tüp kullanmak dışında, aynı prob mili üzerinde 1.1.5-1.1.7 adımını iki kez tekrarlayın.
    2. 0.025 mm çapındaki tungsten telini yaklaşık 1 cm'ye kesin.
    3. Tungsten filamanı altın kaplı tellere kaynak yapın.
    4. Tüm derzleri seramik macunu ile kapatın ve seramik macununun tungsten filamana girmediğinden emin olun.
    5. İki BNC ucu arasındaki sürekliliği kontrol edin.

2. Plazma üretin

  1. Hazneye gaz koymadan önce taban basıncını kontrol etmek için iyon göstergesini açın. Basınç düşük 10-6 Torr aralığındaysa baratron göstergesinin sıfırlanmasıyla devam edin. Aksi takdirde, sistemdeki sızıntıyı kontrol edin. İğneli vananın konumları ve kapatma değeri sırasıyla açık ve kapalıdır.
  2. Sayı ±0.01 mTorr arasında değişene kadar baratron ekranını kalibre etmek için plastik bir tornavida kullanın.
  3. İğneli valfi, yavaşça kapalı bir konuma oturacak şekilde kapatın.
  4. Kapatma vanasını açın. Baratron okumasında basınç değişikliği olmadığını kontrol edin.
  5. Basınç deney gereksinimine ulaşana kadar gazı hazneye bırakmak için iğneli valfin düğmesini yavaşça çevirin. Tipik çalışma basıncı 10-5 ~ 2 x 10-3 Torr'dan kaynaklanmaktadır. Çalışma gazları arasında argon, ksenon, kripton, oksijen vb.
  6. Argonun maksimum iyonizasyon kesiti için yeterli elektron enerjisi sağlamak için KEPCO voltaj güç kaynağını açın ve voltajı -60 Volt'a ayarlayın. Filamentler için ısıtma güç kaynağını açın ve deşarj akımı gerekli değeri okuyana kadar seviyeyi yavaşça ayarlayın. Deşarj akımı ilk birkaç dakika içinde hızla düşme eğilimindedir. Deşarj stabilize olana kadar mevcut seviyeyi yaklaşık 30 dakika ayarlamaya devam edin
  7. Voltaj beslemesini sınır plakasına bağlayın ve önyargıyı istenen seviyeye ayarlayın.

3. Ölçüm yapın

NOT: Langmuir probları ve yayıcı problar için IV izleri, bir Labview programı tarafından kontrol edilen 16 bitlik bir DAQ kartı tarafından alınır. Farklı kullanıcıların verileri almak için farklı tercihleri olduğu için ayrıntılar burada sunulmamaktadır. Ancak, probların nasıl kullanılacağına dair bir protokol vardır.

  1. Yük hattını alın: prob ve ölçüm devresi arasında yapılan tüm bağlantılarla haznede herhangi bir plazma deşarjı olmadan bir I-V izi elde edin (UW-Madison ve USD kurulumu için bkz. Şekil 9, Şekil 10 ve Şekil 11 ).
  2. Langmuir probları
    1. Prob ucunu temizleyin (bu adım kritiktir, çünkü temiz bir prob kirli bir probdan daha keskin bir 'diz' sergiler), büyük bir elektron akımı toplamak için probu pozitif olarak yönlendirin.
      1. Plazmadaki prob yüzeyine hemen yapışan kirlilik tabakasını buharlaştırmak ve probun yüzey direncini artırmak için ucu ısıtmak için değişken bir güç kaynağı ve makine topraklamasına 50 Ohm ile probdan bir akım çekin.
      2. Plazma potansiyelini aşmak için önyargıyı yavaşça pozitif olarak artırın ve probun elektron doygunluk akımını çekmeye başlamasına izin verin.
      3. Potansiyeli yükseltmeye devam edin; Prob ucunun kiraz kırmızısı parladığını gördüğünde, prob temizdir. Plazmadaki prob ucunun bir vakum görüntüsü aracılığıyla görüntülenmesi gerekir.
      4. Prob üzerindeki önyargıyı değiştirirken dikkatli ve uyanık olun. Probun çok ısınmasına izin verilirse, prob ucunun kendisi bükülebilir ve ucun içinde delikler olabilir, buharlaşabilir, düşebilir; teller eriyebilir ve yalıtımlarını kaybedebilir vb.
      5. Probu veri toplama ve kontrol devresine takın (bu, laboratuvardan laboratuvara değişecek olan kısımdır) ve prob tarafından çekilen akımı aynı anda ölçerken proba uygulanan voltajı taramaya devam edin. I-V izini kaydedin.
    2. Probu veri toplama ve kontrol devresine takın (bu, laboratuvardan laboratuvara değişecek olan kısımdır) ve prob tarafından çekilen akımı aynı anda ölçerken proba uygulanan voltajı taramaya devam edin. I-V izini kaydedin.
  3. Yayıcı problar
    1. Yayıcı probun veri toplama ve kontrol devresi ile adım 3.2.2'yi tekrarlayın.

4. Veri analizi

  1. Langmuir Probları (Daha fazla ayrıntı için bkz. Şekil 12, Şekil 13 ).
    1. Yük çizgisini toplam I-V karakteristiğinden çıkarın.
    2. İyon doygunluk akımını takın ve kalan IV özelliklerinden çıkarın.
    3. Doğal akım günlüğünü alın ve prob voltajına göre çizin.
    4. Geçiş bölgesi ve doygunluk akımının doğrusal uyumlarını ayrı ayrı alın.
    5. Geçiş bölgesinin eğiminin tersini alın ve elektron sıcaklık değerini elde edin.
    6. Plazma yoğunluğunu, takılan iki hattın birbirini kestiği kesişme noktasındaki akımı Denklem 3'e takarak elde edin.
    7. Bükülme noktası tekniğini Langmuir prob izine uygulayın ve plazma potansiyelini belirleyin.
  2. Yayıcı Prob ( bkz. Şekil 2).
    1. Bireysel I-V özellikleri için 4.1.1-4.1.2 adımlarını tekrarlayın, ardından her izi düzeltin.
    2. Her bir I-V izini ayırt edin ve uygun yumuşatma uygulayın.
    3. Düzleştirilmiş her dI/dV'nin (bükülme noktası) tepe noktasını bulun.
    4. Bükülme noktalarına doğrusal bir uyum uygulayın.
    5. Takılan hattın sıfır geçişini bularak plazma potansiyelini elde edin.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Akışlara ve topladıkları parçacıkların kinetik enerjisine duyarlı olduğu bilinen Langmuir problarının, şimdiye kadar, kılıflar dışında, plazma potansiyelinin geçerli bir ölçümünü sağladığı düşünülüyordu. Ancak Langmuir probları ve yayıcı problar tarafından ölçülen plazma potansiyellerinin doğrudan karşılaştırılması, plazma tarafındaki kılıfla hemen temas halinde olan plazmanın yarı nötr ön kılıf bölgesinde, Langmuir problarının plazma potansiyelinin doğru ölçümlerini sağlamadığını göstermiştir23. ...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Langmuir probları, elektron yoğunluğunun sadece birkaç parçacık 106 m-3 olduğu uzay plazmalarından, elektron yoğunluğunun birkaç kez 1020 m-3 gibi daha fazla olduğu füzyon plazmalarının kenar bölgesine kadar olağanüstü geniş bir plazma yoğunluğu ve sıcaklık aralığında parçacık akısı ölçümleri için kullanılır. Ayrıca, 0.1 ile birkaç yüz eV arasındaki elektron sıcaklıkları Langmuir probları ile teşhis edilmiştir. Langmuir probları genellikle plazma yoğunluğunu ve sıcaklığını ölçm...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yok.

Teşekkürler

Bu çalışma kısmen ABD Enerji Bakanlığı (DOE) tarafından hibe SC00114226 yoluyla finanse edildi ve Ulusal Bilim Vakfı tarafından PHY-1464741, PHY-1464838, PHY-1804654 ve PHY-1804240 hibeleri aracılığıyla finanse edildi

Noah Hershkowitz'e Övgü:
Noah Hershkowitz, hem bir bilim adamı hem de bir insan olarak meslektaşlarının ve öğrencilerinin saygısını ve hayranlığını kazanırken plazma fiziğine çığır açan katkılarda bulundu.  "Fizik," diye açıklamıştı bir keresinde, "gerçekten eski bir yapboz gibidir. Tüm parçalar yıpranmış. Kenarları berbat. Bazı parçalar yanlış şekilde bir araya getirildi. Bir şekilde uyuyorlar, ama aslında doğru yerlerde değiller. Oyun, dünyanın nasıl çalıştığını bulmak için onları doğru şekilde bir araya getirmektir.  13 Kasım 2020'de 79 yaşında öldü.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
0.001 "kalın tungsten telMidwest Tungsten Servisi0.001 "Yayıcı prob filamenti
0.005" kalın tantal levhaMidwest Tungsten Servisi0.005 "Plazma oluşturmak için ısıtma filamenti
1/2" Pirinç destek borusu
1/4" Pirinç Yüksük SetiSwagelokB-400-SETPaslanmaz prob mili ve swagelok boru bağlantısı arasındaki arayüz
1/4 "OD 304 veya 315 paslanmaz çelik boruSwagelokSS-T4-S-035-20Prob milini yapmak için kullanılır, dikişsiz sipariş verir, 20 'uzunluklarda satılır
Alümina tüplerCOORSTEK65655, tek delikli 0.156" OD 0.094 IDtek delikli, çift delikli, dörtlü delikli, prob ucu ve şaft arasındaki hem yayıcı hem de Langmuir probları için destek yapısı için kullanın
Baratron ölçerMKSTip 127Haznede gaz akarken basıncı görüntüleyin
Pirinç Swagelok Boru Bağlantı ElemanıSwagelokB-400-1-ORProb üzerinde kullanılan boru bağlantı parçaları
Pirinç Swagelok Boru BağlantıElemanı SwagelokB-810-6Prob üzerinde kullanılan boru bağlantı parçaları
Pirinç Swagelok Boru Bağlantı ElemanıSwagelokB-810-1-ORBoru üzerinde kullanılan boru bağlantı parçaları prob
Seramik sıvıSauereisenNo. 31 Seramik Kapsülleyici SıvıSeramik macunu yapmak için No.31 çimento gücü ile karıştırın
Seramik tozuSauereisenÇimento Tozu No. 31 Kirli BeyazSu ile kürlenen Saureisen çimentoları vardır, örneğin No.10 Toz
Altın kaplama nikel telSYLVANIA ELEKTRİK ÜRÜNÜDestek
sağlamak için prob ucuna pod kaynaklıİyon ölçer kontrolörüGranville-Phillips270 Gösterge kontrolörüİyon göstergesini ısıtın ve hazne içindeki basıncı görüntüleyin
Mekanik pompaLeybold D60 D60AC D60ACD60 D60ACBasıncı ~ 10 mTorr'a düşürün, ardından turbo pompa iğneli valf için destek pompası olarak görev yapın
WhiteySS-22RS4Ölçüm Mikro İğneli Mikrometre Vanası 1/4 "Tüp Swagelok bağlantı parçaları
Güç kaynağıKepcoATE 100-10MGerilim Önyargısı ısıtma filamenti temini
Güç kaynağıSorensenDCR 20-115BIsıtma filamenti kesme vanasının ısıtma kaynağı
Kurt J. LeskerNupro SS-4BKTopuz kolu, 1/4" boru için, swagelok bağlantı parçaları
Paslanmaz Çelik Ultra-Torr Vakumlu Bağlantı ParçasıSwagelokSS-4-UT-A-8Probda
Teflon kaplı telGeyer SistemleriP31546Altın kaplı kabloyu BNC pinine bağlayın
Turbo pompaPFEIFFERTPH 240 CBasıncı 1E-6'ya düşürün Torr
Vakum gresiAPIEZONL Ultra Yüksek Vakum Dereceli GresOring'i yağlamak için kullanılan vakum gresi
Viton OringsGrainger#031Yuvarlak #031 Orta Sert Viton O-Ring, 1.739" ID, 1.879 "OD
Viton OringsGrainger# 010Yuvarlak # 010 Orta Sert Viton O-Ring, 0.239 "ID, 0.379" OD
kullanılan boru bağlantı parçaları

Kaynaklar

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

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Etiketler

Vakum TeknikleriSeramik Pasta SızdırmazlığıSüreklilik KontrolüTungsten FilamentAltın Kaplama TelBNC KonnektörPlazma Diyagnostikleri
Düşük Basınçlı, Düşük Sıcaklıklı Plazmalarda Plazma Potansiyeli Ölçümleri için Langmuir Probları ve Yayıcı Problar Oluşturma
Bize Ulaşın
Kütüphaneye Öner

Gizlilik

Kullanım Koşulları

Politikalar

Telif Hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.