×
10.04.2019
219.017.03da

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ЭЛЕКТРОНОВ В ПЛАЗМЕННЫХ УСТРОЙСТВАХ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области диагностики плазмы и может быть использовано для измерения электронной концентрации плазменных образований различной геометрии в широком диапазоне исследуемых параметров. Способ определения концентрации электронов в плазменных устройствах включает установку зонда в плазменную камеру, создание в ней плазмы, зондирование плазмы постоянным током малой интенсивности и регистрацию вольт-амперной характеристики. По вольт-амперной характеристике судят о концентрации электронов плазмы. В одинаковых условиях создания плазмы осуществляют зондирование и регистрацию вольт-амперной характеристики для цилиндрических зондов различного радиуса. Зонды выбирают одинаковой длины, много большей радиуса. Строят экспериментальную зависимость значений электронной концентрации от радиуса. Выбирают аппроксимирующую функцию и экстраполируют ее до нулевого радиуса. По значению электронной концентрации при нулевом радиусе судят об электронной концентрации невозмущенной плазмы. Изобретение позволяет определять электронную концентрацию ионизованной среды при давлениях вплоть до атмосферного (760 Тор). 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области электрофизики, в частности к средствам диагностики плазмы, и может быть использовано для измерения электронной концентрации плазменных образований различной геометрии в широком диапазоне исследуемых параметров.

Уровень техники

Известен способ измерения электронной концентрации плазменных образований с помощью одиночного зонда Ленгмюра [1-4], основанный на зондировании исследуемой плазмы постоянным током малой интенсивности. Суть способа заключается в том, что в плазму помещают металлический проводник (далее - зонд) различный формы - плоской, цилиндрической или сферической геометрии. С помощью внешнего источника напряжения задают потенциал зонда относительно одного из инициирующих разряд электродов (чаще всего находящегося под нулевым потенциалом). Регистрируют зависимость тока на зонд от подаваемого на него потенциала, т.е. снимают зондовую вольт-амперную характеристику (ВАХ), по которой судят о концентрации электронов плазмы.

Данное решение как наиболее близкое по физической и технической сущности выбрано за прототип. Способ-прототип отличается простотой технической реализации и широтой спектра измеряемых параметров плазмы (электронные концентрация и температура, потенциал пространства плазмы, функция распределения электронов по энергиям и т.д.).

Способу [1-4] присущи следующие недостатки:

1) способ не позволяет получать достоверные данные по электронной концентрации плазмы при давлениях ионизованной среды выше 1 Top;

2) способ не учитывает фактических размеров площади, собирающей электроны из исследуемой плазмы поверхности.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом изобретения является определение электронной концентрации плазмы при давлениях вплоть до одной атмосферы (760 Top).

Технический результат достигается тем, что в способе определения концентрации электронов в плазменных устройствах, включающем установку зонда в плазменную камеру, создание в ней плазмы, зондирование плазмы постоянным током малой интенсивности, регистрацию вольт-амперной характеристики, по которой судят о концентрации электронов плазмы, новым является то, что при одинаковых условиях создания плазмы осуществляют зондирование и регистрацию вольт-амперной характеристики для цилиндрических зондов различного радиуса, каждый из которых выбирают одинаковой длины, много большей его радиуса, строят экспериментальную зависимость значений электронной концентрации от радиуса, выбирают аппроксимирующую функцию, экстраполируют ее до нулевого радиуса и по значению электронной концентрации при нулевом радиусе судят об электронной концентрации невозмущенной плазмы.

К настоящему времени технологии производства металлических проволочек диаметром вплоть до нескольких микрон доведены до совершенства. При этом следует учесть, что любая металлическая проволока в зондовом эксперименте выполняет одновременно функции зонда, его подвеса и токопровода. Эти факторы определяют существенное преимущество цилиндрических зондов относительно зондов другой геометрии. Например, в случае сферических зондов малых радиусов, производство которых высокотехнологичное и, как следствие, дорогостоящее, привлекательность указанной методики заметно уменьшается.

Получим аналитический вид зависимости концентрации электронов от радиуса ne(r). Будем условно разделять частицы, попадающие на зонд, на финитные и инфинитные (соответственно испытывающие и не испытывающие столкновений в призондовом слое плазме) [1]. Положим концентрацию финитных частиц конечной, но не зависящей от диаметра зонда, а инфинитных - функцией отношения х(r)λе, которое определяет режим работы зонда:

Тогда электронная концентрация определяется алгебраической суммой концентраций частиц обоих сортов, т.е.

Здесь λе - длина свободного пробега электрона; х(r) - линейный размер области от оси зонда, на котором происходит экранировка возмущающего действия зонда; n' - концентрация инфинитных частиц в призондовом слое плазмы в случае столкновительного режима работы зонда.

С хорошей точностью можно положить размер возмущенной области линейно зависящим от радиуса зонда x(r)=k·r.

Тогда, согласно предложенному в данном способе алгоритму концентрация невозмущенной действием зонда плазмы nист может быть вычислена по формуле

Из (2) следует, что в пределе зондов малых радиусов функция nист=n(r) определяется только финитными частицами в призондовом слое.

На практике интерпретация экспериментальных данных осложняется тем, что расстояние х является сложной функцией, зависящей от параметров самой плазмы и размеров зонда. Остановимся более детально на рассмотрении выражения (1). В него входят следующие величины: непосредственно измеряемый радиус зонда r; вычисляемая с хорошей точностью по формуле [2] длина свободного пробега собираемых зондом электронов (n0 - концентрация нейтралов, соответствующая давлению рабочей среды; σ - эффективное сечение столкновения электронов с нейтральными атомами среды [5]); неизвестные линейный коэффициент k и концентрации n' в двойном слое в случае столкновительного режима работы зонда и финитных частиц nф. Поэтому экспериментальное определение параметров плазмы для произвольного соотношения между длиной свободного пробега электронов λe, радиусом зонда r и размером возмущенной области х по результатам зондовых измерений, выполненных зондом только одного радиуса, является некорректным.

Рассмотрим влияние отличительных признаков на достижение технического результата в заявляемом изобретении.

Отличительные признаки заявляемого способа "при одинаковых условиях создания плазмы осуществляют зондирование и регистрацию зондовых вольт-амперных характеристик для цилиндрических зондов различного радиуса, каждый из которых выбирают одинаковой длины, много большей его радиуса" и "строят экспериментальную зависимость значений электронной концентрации от радиуса" позволяют корректно определить вид функции, аппроксимирующей экспериментальную зависимость n(r). Последующие отличительные признаки "выбирают аппроксимирующую функцию, экстраполируют ее до нулевого радиуса и по значению электронной концентрации при нулевом радиусе судят об электронной концентрации невозмущенной плазмы", позволяют свести измерения при повышенных давлениях рабочей среды (вплоть до 760 Top) к случаю низких давлений, когда корректность измерений не вызывает сомнений.

На чертеже представлена зависимость электронной концентрации от радиуса цилиндрического ленгмюровского зонда, где • - эксперимент, ―- - аппроксимация, ----- - экстраполяция, nист - электронная концентрация при нулевом радиусе (концентрация невозмущенной плазмы).

Заявляемый способ реализуется следующим образом.

Устанавливают одиночный цилиндрический вольфрамовый зонд радиусом 0.1...3 мм в плазменную камеру, создают в ней плазму, зондируют плазму постоянным током малой интенсивности, регистрируют зондовую вольт-амперную характеристику, согласно известным методам обработки однозондовых вольт-амперных характеристик [1-3] определяют электронную концентрацию плазмы для зонда данного радиуса. Далее при неизменных условиях создания плазмы поочередно осуществляют аналогичные действия для цилиндрических зондов одинаковой длины различного радиуса. При этом выполняется условие, что длина рабочей части каждого из зондов должна быть много больше его радиуса. Затем строят экспериментальную зависимость значений электронной концентрации от радиуса, выбирают аппроксимирующую функцию, экстраполируют ее до нулевого радиуса и по значению электронной концентрации при нулевом радиусе судят об электронной концентрации невозмущенной плазмы.

На предприятии проведена экспериментальная апробация способа для измерения электронной концентрации плазмы тлеющего разряда, реализованной в геометрии полый катод- кольцевой анод и распадающейся фотоионизованной плазмы дугового разряда в диапазоне давлений 10-2...760 Тор. При этом диаметр зондов изменялся в диапазоне 0.1...3 мм.

Изобретение найдет применение в исследованиях в областях техники и технологиях, связанных с получением и использованием плазменных образований различной геометрии в широком диапазоне экспериментальных условий.

Источники известности, принятые во внимание

1. Козлов О.В. «Электрический зонд в плазме» - М.: Атомиздат, 1969. - 292 с.

2. Демидов В.И., Колоколов Н.Б., Кудрявцев А.А. «Зондовые методы исследования низкотемпературной плазмы» - М.: Энергоатомиздат, 1996. - 240 с.

3. Алексеев Б.В., Котельников В.А. «Зондовый метод диагностики плазмы» - М.: Энергоатомиздат, 1988. 240 с.

4. «Методы исследования плазмы» / Спектроскопия, лазеры, зонды/ под редакцией В.Лохте-Хольтгревена, перевод с английского под редакцией С.Ю.Лукьянова - М.: Издательство «Мир», 1971. - 552 с.

5. D.E.Callen, J.H.Hubbel, L.Kissel. EPDL 97: The Evaluated Photon Data Library 97' Version // Lawrence Liver-more National Laboratory, Report UCRL-50400. - 1997. - V.6. - Rev.5.

Способопределенияконцентрацииэлектроноввплазменныхустройствах,включающийустановкузондавплазменнуюкамеру,созданиевнейплазмы,зондированиеплазмыпостояннымтокоммалойинтенсивности,регистрациювольт-ампернойхарактеристики,покоторойсудятоконцентрацииэлектроновплазмы,отличающийсятем,чтоприодинаковыхусловияхсозданияплазмыосуществляютзондированиеирегистрациювольт-ампернойхарактеристикидляцилиндрическихзондовразличногорадиуса,каждыйизкоторыхвыбираютодинаковойдлинымногобольшейегорадиуса,строятэкспериментальнуюзависимостьзначенийэлектроннойконцентрацииотрадиуса,выбираютаппроксимирующуюфункцию,экстраполируютеедонулевогорадиусаипозначениюэлектроннойконцентрациипринулевомрадиусесудятобэлектроннойконцентрацииневозмущеннойплазмы.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 57 items.
20.02.2019
№219.016.c034

Способ автоматической сортировки грунтов, зараженных радиоактивными нуклидами, и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области обращения твердых радиоактивных отходов. Способ автоматической сортировки грунтов, зараженных радионуклидами, заключается в том, что мелкие классы грунта крупностью менее 20-30 мм подают на ленту сепаратора в виде сплошного потока, который проходит вместе с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002339463
Дата охранного документа: 27.11.2008
01.03.2019
№219.016.c9b6

Устройство для формирования установочного импульса

Изобретение относится к области автоматики и импульсной техники и может быть использовано для формирования импульсов. Достигаемый технический результат - формирование установочного импульса гарантированной длительности при подаче на шину питания напряжения с любой длительностью фронта...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002296419
Дата охранного документа: 27.03.2007
01.03.2019
№219.016.cc3f

Способ управления электромагнитным приводом

Изобретение относится к машиностроению, в частности к электромагнитным приводам, и предназначено для использования в магистральных трубопроводах. Способ управления электромагнитным приводом заключается в удержании привода в исходном положении с помощью упругого элемента. Для перевода привода в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002352846
Дата охранного документа: 20.04.2009
11.03.2019
№219.016.d626

Способ изготовления тонкопленочных резисторов

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для производства микроэлектронных устройств и дискретных элементов. Технический результат: повышение выхода годных резисторов по параметрам точности за счет уменьшения влияния неконтролируемых дестабилизирующих факторов в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002270490
Дата охранного документа: 20.02.2006
11.03.2019
№219.016.d718

Сверхвысокочастотный генератор на основе виртуального катода с радиальным пучком

Область техники - генерирование электромагнитных волн. Может быть использовано при создании генераторов мощного сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения. СВЧ-генератор на основе виртуального катода с радиальным пучком содержит вакуумную камеру, в корпусе которой, коаксиально, без контакта между...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002297688
Дата охранного документа: 20.04.2007
11.03.2019
№219.016.da1a

Способ ускорения электронов в индукционном циклическом ускорителе

Изобретение относится к ускорительной технике и предназначено для использования при разработке и усовершенствовании индукционных циклических ускорителей и накопительных установок. Способ ускорения электронов в индукционном циклическом ускорителе включает инжекцию электронов и цикл ускорения....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002330394
Дата охранного документа: 27.07.2008
10.04.2019
№219.016.ffe4

Способ изготовления композитных проводов

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах, предназначенных для работы при температурах жидкого гелия. Техническая задача настоящего изобретения заключается в обеспечении горячего уплотнения композитной заготовки перед экструзией, не связанного с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002285966
Дата охранного документа: 20.10.2006
19.04.2019
№219.017.2c5b

Пассивный пробоотборник

Изобретение может быть использовано при экологическом мониторинге природных и сточных вод для оценки качества окружающей среды. Пассивный пробоотборник содержит контейнер с открытой верхней частью, крышку с отверстием, съемно соединенную с открытой частью контейнера, и пробоотборный узел....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002287144
Дата охранного документа: 10.11.2006
19.04.2019
№219.017.2ca0

Способ имитации свойств плутония

Изобретение относится к области моделирования процессов диспергирования плутония при аварийном взрыве объектов и распространения его аэрозолей в атмосфере и может быть использовано для прогнозирования масштабов радиоактивного загрязнения местности при авариях. Способ имитации свойств плутония...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002298850
Дата охранного документа: 10.05.2007
19.04.2019
№219.017.2cca

Устройство для многоканальной сигнализации

Изобретение относится к технике автоматической сигнализации, его использование позволяет осуществить расширение функциональных возможностей устройства. Устройство для многоканальной сигнализации содержит ячейки (1) сигнализации, блок (2) управления, формирователь (3) сигналов самоконтроля, блок...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002297672
Дата охранного документа: 20.04.2007
Showing 1-5 of 5 items.
20.08.2013
№216.012.6235

Электромагнитная машина постоянного тока

Изобретение относится к области электротехники, а именно - к электрическим машинам постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов. Предлагаемая электромагнитная машина постоянного тока содержит станину статора, в которой на внутренней поверхности установлены постоянные магниты, ротор с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490773
Дата охранного документа: 20.08.2013
27.12.2013
№216.012.9259

Способ зондовой диагностики плазмы и устройство для его осуществления

Заявленная группа изобретений относятся к области электрофизики, в частности к технике диагностики плазмы, и может быть использована для измерения электронной концентрации и температуры нестационарной плазмы в широком диапазоне исследуемых параметров. Заявленный способ включает установку зонда...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503158
Дата охранного документа: 27.12.2013
10.02.2016
№216.014.c4e7

Способ зондовой диагностики магнитоактивной плазмы

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для диагностики неоднородного слоя плазмы, контроля параметров плазмы в технологических установках, в исследованиях по моделированию плазмы ионосферы. Способ включает следующие операции: устанавливают в плазму по крайней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002574721
Дата охранного документа: 10.02.2016
10.05.2016
№216.015.3a60

Трансформаторно-тиристорное устройство для плавноступенчатого регулирования напряжения под нагрузкой

Изобретение относится к трансформаторно-тиристорным устройствам для плавноступенчатого регулирования напряжения под нагрузкой. Трансформаторно-тиристорное устройство для плавноступенчатого регулирования напряжения под нагрузкой содержит в каждой фазе регулировочную обмотку с ответвлениями,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583051
Дата охранного документа: 10.05.2016
09.06.2019
№219.017.7b67

Диодно-транзисторный мост

Диодно-транзисторный мост относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам, и может быть использован в конструктивных сопряжениях с магнитными подшипниками. Предложенное изобретение направлено на повышение надежности диодно-транзисторного моста и снижение зависимости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002379816
Дата охранного документа: 20.01.2010
+ добавить свой РИД