Способ определения концентрации электронов в плазме, генерируемой в пучково-плазменных приборах — SU 1820827 (original) (raw)

1 З) А 1 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИКГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)(и) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТк авторскому свидетельству ИЯ 1(56) Кролл Н., Трайвеллис А. Основы физики плазмы М.: Мир, 1975, с.45-46.Гадеев К.К. Экспериментальное исследование стационарного пучково-плазменного разряда в скрещенных полях Диссертация МФТИ, 1981, (4) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ЭЛЕКТРОНОВ В ПЛАЗМЕ, ГЕНЕРИРУЕМОЙ В ПУЧКОВО-ПЛАЗМЕННЫХ ПРИБОРАХ (57) Использование: электрофизика, техника СВЧ(Б 1) 6 Н 05 Н 1 00 приборов. Сущность изобретения: для обеспечения контроля и регулирования концентрации электронов в плазме пучково-призменного СВЧ усилителя лов тенциал коллектора электронного пучка задают отрицательным относительно корпуса замедляющей СВЧ структуры. Измеряют ток электронного пучка и ток протекающий через коллектор, и изменяют потенциал коллектора. При превышении величиной тока коллекторы величины тока пучка определяют концентрацию электронов по результатам измерений в зависимости от параметров пучковых и плазменных электронов. 1 ил.Изобретение относится к области электрофизики и может применяться для создания пучково-плазменных приборов,Целью изобретения является упрощение определения концентрации электронов в пучково-плазменных СВЧ приборах с протяженным плазменным шнуром, обеспечение контроля концентрации электронов в процессе рабаты данного типа приборов и регулирование величины концентрации электронов.Согласно изобретению поставленная цель достигается тем, что в способе определения концентрации электронов в плазме, генерируемой в пучково-плазменных приборах, включающем изменение величины тока , текущего через электрический зонд, помещенный в плазму пучково-плазменного разряда, измерение величины потенциала О зонда и определение по результатам измерений концентрации электронов, в качестве электрического зонда используют коллектор электронного пучка, потенциал которого О задают отрицательным относительно корпуса замедляющей СВЧ структуры, размещенной коаксиально плазменному шнуру, дополнительно изменяют величину тока ь Юпектронного пучка, изменяют величину концентрации электронов из соотношения1 -1 Ч 1 пе -1 пеь ь ь ни = иве ь 1 Ч 1 пе -1 Юь ие Ь кгде по - концентрация электронов в электронном пучке;Чь - скорость электронов пучка;Чге - средняя продольная скорость плазменных электронов;е о- энергия электронов пучка;е, - минимальная энергия в энергетическом спектре плазменных электронов,На чертеже показан качественно энергетический спектр плазменных электронов.Суть изобретения заключается в следующем, Плазма в пучково-плазменных СВЧ приборах представляет собой замагниченный длинный тонкий шну, боковая поверхность которого в 10 -10 раз больше его2торцевой поверхности, Плазма расположена коаксиально в замедляющей структуре и заполняет весь пролетный канал, изолируясь от металлических стенок замедляющей структуры на величину дебаевского радиуса.Это определяет следующие особенности поведения плазмы. Электроны неравновесной плазмы, движущиеся в сторону коллектора, попадают на него и выбывают из плазменного канала, а электроны, движущиеся в сторону пушки, отражаются ускоряющим отрицательным потенциалом катода, движутся обратно по каналу и также попадают на коллектор,5 10 При малой величине О на коллектор проходит значительная доля плазменных электронов, которая вызывает увеличение сигнала на коллекторном резисторепо сравнению с сигналом ь, то есть ь.,55 Ионы плазмы, движущиеся с меньшимискоростями, не успевают компенсировать поток электронов на коллектор, Плазма при,обретает положительный потенциал, кото рый приводит к кулоновскомурасталкиванию ионов поперек магнитного поля. Ввиду большой площади боковой поверхности плазменного шнура и его близости к металлическим стенкам уже при малом 20 положительном потенциале плазмы в доливольта ток ионов с боковой поверхности уравновешивает ток плазменных электронов через торцевую поверхность на коллектор и дальнейший рост потенциала плазмы 25 прекращается. Малый потенциал плазмынезначительно изменяет скорость продольного ухода электронов, Таким образом, происходит трехмерный разлет плазменных компонент с разделением зарядов, З 0 Плазменные электроны, проходящие наколлектор увеличивают сигнал на коллекторе от пучковых электронов. Сравнивая сигнал от плазменных электронов с сигналом от пучковых электронов, концентрация по З 5 которых известна, можно определить концентрацию электронов плазмы пе.Если на коллектор подан отрицательный потенциал О относительно замедляющей структуры, то часть плазменных 40 электронов, имеющих энергию больше величины е = еО, будет проходить на коллектор 1 за штрихава н ная часть спектра на чертеже), а электроны с меньшими энергиями будут отражаться от коллектора и возвра щаться в канал, увеличивая степениионизации газа, Потенциал О может быть подан от отдельного источника напряжения или его можно создать с помощью коллекторного резистора й, через который кол лектор замыкается на корпус прибора и накотором ток пучка создает падение напряжения О=Й1820827 1 -1х ьи = ие Ь 1 В этом случае концентрацию электронов пе плазмы можно определить по соотношениюи (с )1 си = 1 у с(1)хеи 1 с )с 1 се е ехгде ее- энергия электронов пучка, гн - ми нимальная энергия спектра плазменных электронов, Чь - скорость электронов пучка, Чае - средняя продольная скорость плазменных электронов. Отношение интегралов учитывает долю отраженных от коллектора 15 электронов.Спектр плазменных электронов можно приближенно представить в виде функции пе(ь) "в . Тогда (1) принимает вид1ЕеЧ 1 ис -1 ись ь н1 ис -1 и 11 р)25 При энергии пучковых электронов е ь=10-50 кэВ средняя энергия плазменных электронов составляет юе =10-20 эВ и соответственно их средняя скорость равна 30 Че=(2 - 3)10 см/с. а с учетом углового распределения средняя продольная скорость движения плазменных электронов вдоль Формула изобретенияЗ 5 СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ЭЛЕКТРОНОВ В ПЛАЗМЕ, ГЕНЕРИРУЕМОЙ В ПУЧКОВО-ПЛАЗМЕННЫХ ПРИБОРАХ, включающий 40 измерение величины тока 1, текущего через электрический зонд, помещенный. в плазму пучково-плазменного разряда, измерение величины потенциала О зонда и определение по результатам 45 измерений концентрации электронов,. отличающийся тем, что, с целью упрощения определения концентрации электронов в пучково-плазменных СВЧ-усилителях с протяженным плазменным 50 шпуром, обеспечения контроля концентрации электронов в процессе работы данного типа приборов и регулирования величины концентрации электронов, в качестве электрического зонда использу ют коллектор электронного пучка, помагнитных силовых линий составляет Чге к- "10 см/с. Минимальная энергия спек 3тра может быть выбрана равной ен к 1 эВ.Соотношение(2) для определения пе дает удовлетворительную точность ф 50 ) при значениях запирающего потенциала О-(1-5)В. При более высоких О от коллектора отражается значительная часть высокоэнергетических плазменных электронов, которые производят дополнительную ионизацию газа в канале, а такжестановится заметным поток ионов на коллектор, который дополнительно уменьшает сигнал от тока плазменных электронов, поэтому точность определения пе данным способом уменьшается.Согласно предложенному способу. для определения пе не требуется введение каких-либо зондов в конструкцию пучково- плазменных приборов, поскольку роль измерительного зонда выполняет коллектор. поэтому измерение пе упрощается, Отсутствие специальных зондов позволяет проводить контроль пе в приборах без нарушения штатных режимов их работы,При регулировании запирающего потенциала на коллекторе изменяется доля плазменных электронов спектра, уходящих из канала, что приводит к изменению концентрации плазмы в канале, то есть осуществляется быстрое электронное регулирование концентрации плазмы. тенциал которого О задают отрицательным относительно корпуса замедляющей СВЧ-структуры, размещенной коаксиально плазменному шнуру, дополнительно измеряют величину тока ь электронного пучка, изменяют величину потенциала коллектора,. и при Ьь определяют величину концентрации электронов из соотношения1 -1 У 1 ПЕ -1 иЕ к Ь Ь о ке ь 1 Ч 1 пЕ -1 п 3ь хе Ь к где пь - концентрация электронов в электронном пучке;Чь - скорость электронов пучка;Чге - средняя продольная скоростьплазменных электронов;Еь - энергия электронов пучка;Еь - минимальная энергия в энергетическом спектре плазменных электронов.

Смотреть

Способ определения концентрации электронов в плазме, генерируемой в пучково-плазменных приборах