Способ диагностики плазмы и зонд ленгмюра с защитным кольцом для его реализации



Способ диагностики плазмы и зонд ленгмюра с защитным кольцом для его реализации
Способ диагностики плазмы и зонд ленгмюра с защитным кольцом для его реализации
Способ диагностики плазмы и зонд ленгмюра с защитным кольцом для его реализации
Способ диагностики плазмы и зонд ленгмюра с защитным кольцом для его реализации
Способ диагностики плазмы и зонд ленгмюра с защитным кольцом для его реализации
Способ диагностики плазмы и зонд ленгмюра с защитным кольцом для его реализации
Способ диагностики плазмы и зонд ленгмюра с защитным кольцом для его реализации
Способ диагностики плазмы и зонд ленгмюра с защитным кольцом для его реализации
H05H1/00 - Плазменная техника (термоядерные реакторы G21B; ионно-лучевые трубки H01J 27/00; магнитогидродинамические генераторы H02K 44/08; получение рентгеновского излучения с формированием плазмы H05G 2/00); получение или ускорение электрически заряженных частиц или нейтронов (получение нейтронов от радиоактивных источников G21, например G21B,G21C, G21G); получение или ускорение пучков нейтральных молекул или атомов (атомные часы G04F 5/14; устройства со стимулированным излучением H01S; регулирование частоты путем сравнения с эталонной частотой, определяемой энергетическими уровнями молекул, атомов или субатомных частиц H03L 7/26)

Владельцы патента RU 2777900:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" (RU)

Изобретение относится к экспериментальной технике диагностики плазмы и может быть использовано для плоского одиночного зонда Ленгмюра. Технический результат - уменьшение погрешности измерений электронной концентрации и температуры нестационарной плазмы при помощи зонда с защитным кольцом на 14-21%, а также создание устройства, уменьшающего влияние толщины двойного электрического слоя на результат зондовых измерений. В способе зондовой диагностики плазмы, включающем установку зонда в плазму и регистрацию вольтамперной характеристики, по которой определяют параметры плазмы, устанавливают на зонд защитное кольцо, зонд в плазму вводят с защитным кольцом, за счет чего на зонде и на защитном кольце возникают два электрических слоя, которые перекрывают друг друга и тем самым уменьшают площадь обоих электрических слоев. В устройстве для зондовой диагностики плазмы, содержащем источник питания, зонд, генератор напряжения и блок измерения, подключенные к зонду, зонд содержит защитное кольцо, выполненное из электропроводного материала. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к экспериментальной технике диагностики плазмы и может быть использовано для плоского одиночного зонда Ленгмюра.

Из существующего уровня техники известен способ зондовой диагностики плазмы с помощью одиночного зонда Ленгмюра (патент РФ №2642493, кл. Н05Н 1/100, 03.11.2016). Суть способа заключается в том, что в плазму помещают зонд, в виде отрезка металлической нити, подключенной через источник зондового напряжения к металлическому корпусу газоразрядного устройства или дополнительному опорному электроду с принятием мер по защите зондовой цепи от электрических наводок и по очистке собирающей поверхности зонда и регистрируют его вольт-амперные характеристики.

Недостатком данного способа устройств является то, что из-за образования двойного электрического слоя на поверхности зонда площадь, «собирающая» электроны, изменяется, что приводит к погрешности в определении вольтамперных характеристик, а, следовательно, и в вычислениях концентрации и температуры плазмы.

Из существующего уровня техники известен способ зондовой диагностики плазмы с помощью электрического зонда Ленгмюра (патент РФ №2503158, кл. Н05Н 1/100, 27.12.2012) основанный на активном зондировании исследуемой плазмы током малой интенсивности. Суть способа заключается в том, что в плазму помещают зонд, прикладывают к нему дискретные ступенчатые импульсы напряжения. Далее, регистрируя вольтамперные характеристики, измеряют потенциал пространства плазмы.

Недостатком данного способа является то, что из-за образования двойного электрического слоя на поверхности зонда площадь, «собирающая» электроны, изменяется, что приводит к погрешности в определении вольтамперных характеристик, а, следовательно, и в вычислениях концентрации и температуры плазмы.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ зондовой диагностики плазмы и устройство для его осуществления (Козлов О.В. Электрический зонд в плазме. М.: Атомиздат, 1969, 292 с.), Суть способа заключается в том, что в плазму помещают металлический проводник (далее - зонд) различной формы - плоской, цилиндрической или сферической. С помощью внешнего источника напряжения задают потенциал зонда 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 вольтамперную характеристику (ВАХ), по которой судят о концентрации электронов плазмы.

Недостатком данного способа является то, что из-за образования двойного электрического слоя на поверхности зонда площадь, «собирающая» электроны, изменяется, что приводит к погрешности в определении вольтамперных характеристик, а, следовательно, и в вычислениях концентрации и температуры плазмы.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является повышение точности определения параметров плазмы (электронной концентрации и температуры нестационарной плазмы), за счет уменьшения погрешности измерений.

Техническим результатом является уменьшение погрешности измерений электронной концентрации и температуры нестационарной плазмы на 14-21%.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в способе зондовой диагностики плазмы, включающем установку зонда в плазму и регистрацию вольтамперной характеристики, по которой определяют параметры плазмы, согласно изобретению, устанавливают на зонд защитное кольцо из проводящего материала, затем вводят в плазму зонд с защитным кольцом, посредством которого обеспечивают возникновение на зонде и на защитном кольце электрических слоев, перекрывающих друг друга, и тем самым уменьшают площадь обоих электрических слоев.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается также тем, что в устройстве для зондовой диагностики плазмы, содержащем источник питания, зонд и блок измерения, подключенные к зонду, согласно изобретению, зонд содержит защитное кольцо из проводящего материала. При введении зонда с защитным кольцом в плазму, на защитном кольце и на зонде возникают электрические слои, перекрывающие друг друга, и тем самым уменьшающие площадь обоих электрических слоев.

Из-за того, что на поверхности зонда возникает двойной электрический слой, площадь «собирающая» электроны, постоянно изменяется, из-за чего возникают погрешности в измерениях. При добавлении защитного кольца из проводящего материала двойной электрический слой будет возникать так же и на нем. В результате, между защитным кольцом и зондом возникнет область, в которой два электрических слоя будут пересекать друг друга. В результате перекрывания площадь обоих электрических слоев уменьшится, за счет чего уменьшится погрешность снятых вольтамперных характеристик, а, следовательно, и измерений.

Кроме того, возможно изменение диаметра защитного кольца, за счет чего будет возможно использование зонда Ленгмюра с защитным кольцом при различных давлениях.

Существо изобретения поясняется чертежами, На фиг. 1 изображена конструкция устройства, на фиг. 2 изображена схема реализации способа.

Устройство содержит одиночный зонд Ленгмюра 1 (фиг. 1), двойной электронный слой 2, изоляционный слой 3 и защитное кольцо 4. Схема реализации способа (фиг. 2) содержит одиночный зонд Ленгмюра 1 с защитным кольцом 4, вакуумную камеру 5, электрод-анод 6, источник питания 7, блок измерения 8.

Устройство работает следующим образом. Одиночный плоский зонд Ленгмюра 1 с защитным кольцом 4 помещают в вакуумную камеру 5. Из-за того, что на поверхности одиночного плоского зонда Ленгмюра возникает двойной электрический слой 2, площадь «собирающая» электроны, постоянно изменяется, из-за чего возникают погрешности в измерениях. При добавлении защитного кольца 4 двойной электрический слой 2 будет возникать так же и на нем. В результате, между защитным кольцом 4 и одиночным плоским зондом Ленгмюра 1 возникнет область, в которой два электрических слоя будут пересекать друг друга. В результате перекрывания площадь обоих электрических слоев уменьшится, за счет чего уменьшится погрешность снятых вольтамперных характеристик, а, следовательно, и измерений. Изменяя диаметр защитного кольца 4, можно использовать одиночный плоский зонд Ленгмюра 1 с защитным кольцом 4 при различных давлениях.

Пример конкретной реализации способа.

Способ осуществляется следующим способом. В вакуумную камеру помещают одиночный плоский зонд Ленгмюра с защитным кольцом 4. Проводят откачку вакуумной камеры 6 до достижения предельного вакуума (200 Па), включают подачу рабочего газа 35% N2+15% H+50% Ar в вакуумную камеру и электропитания в индуктор. В вакуумной камере создается плазма. Задают напряжение 400-500 В при помощи источника питания 8. Определяют вольтамперные характеристики для установившихся значений тока заряженных частиц на одиночный плоский зонд Ленгмюра с защитным кольцом 4. Далее, согласно известным методам обработки зондовых вольтамперных характеристик определяют электронную концентрацию и температуру плазмы.

Толщина электрического слоя постоянна для идентичных условий и находится из формулы (1):

где ε - диэлектрическая проницаемость среды;

n - концентрация заряженных частиц;

кТ - тепловая энергия иона;

q - заряд электрона

Погрешность при измерении вызвана разницей между площадью плоского зонда Ленгмюра и площадью электрического слоя. Эту погрешность можно найти из формулы (2):

где d - диаметр плоского зонда Ленгмюра.

Рассчитав примерную толщину двойного электрического слоя для наших параметров и взяв значения диаметра плоского зонда Ленгмюра равным 10-15 мм получим, что погрешность площади, «собирающей» электроны равна:

Таким образом, из расчетов видно, что погрешность площади, «собирающей» электроны равна 14-21%.

Заявленный способ имеет следующее преимущество: повышение точности определения параметров плазмы (концентрации и температуры).

1. Способ зондовой диагностики плазмы, включающий установку зонда в плазму и регистрацию вольтамперной характеристики, по которой определяют параметры плазмы, отличающийся тем, что устанавливают на зонд защитное кольцо из проводящего материала, затем вводят в плазму зонд с защитным кольцом, посредством которого обеспечивают возникновение на зонде и на защитном кольце электрических слоев, перекрывающих друг друга, и тем самым уменьшают площадь обоих электрических слоев.

2. Устройство для зондовой диагностики плазмы, содержащее источник питания, зонд и блок измерения, подключенные к зонду, отличающиеся тем, что зонд содержит защитное кольцо из проводящего материала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к медицине, а именно к способу обработки поверхности медицинского металлического имплантата из сплава титана, выбранного из Grade 4, Ti6Al7Nb, ВТ1-0, ВТ-6. Проводят пучково-кластерную обработку поверхности имплантата кластерным пучком из атомов аргона чистотой 99,999%, причем управляющее напряжение для кластерного пучка из атомов аргона составляет не менее 20 кВ при среднем числе атомов аргона в кластерном пучке не более 2500.

Изобретение относится к плазменной технике, а именно к источникам индуктивно-связанной плазмы. Технический результат – повышение коэффициента полезного действия (КПД) и снижение тепловых потерь газоразрядного устройства.
Изобретение относится к области плазменной технологии, в частности к способам стабильного возбуждения газового разряда при нормальном давлении, используемым для получения электродугового разряда в плазмотронах с трубчатым катодом. Технический результат - стабилизация горения газового разряда в большом диапазоне мощностей при номинальном напряжении мощного источника, повышение безопасности работы.

Изобретение относится к области применения кластерных ускорителей для обработки поверхности твердых материалов. Технический результат - получение одного и более имплантируемых изделий трубчатой конструкции с осевой ориентацией, используемых для сердечно-сосудистой хирургии, с модифицированной внутренней и внешней поверхностью за один цикл обработки и сокращение времени обработки.

Изобретение относится к высокояркостным источникам излучения в области длин волн приблизительно от 0.4 до 120 нм. Технический результат - увеличение средней мощности и спектрального диапазона собираемого излучения в компактных источниках мягкого рентгеновского, ЭУФ и ВУФ излучения высокой яркости Способ включает формирование под действием центробежной силы мишени в виде слоя расплавленного металла.

Изобретение относится к электродуговым плазмотронам переменного тока для работы на плазмообразующих газах, включающих газообразные углеводороды. Технический результат - повышение ресурса плазмотрона при работе на плазмообразующих газах, включающих газообразные углеводороды за счет предотвращения осаждения углеродного материала, образующегося в результате пиролиза углеводородов в электрической дуге, на изоляционной втулке, расположенной между промежуточным каналом и сопловым блоком.

Группа изобретений относится к насадке для головки плазменной горелки, лазерной режущей головке или плазменной лазерной режущей головке, конструкции из такой насадки и защитного колпачка насадки, конструкции из такой насадки и электрода, головке плазменной горелки, лазерной режущей головке или плазменной лазерной режущей головке с такой насадкой и/или с такой конструкцией, плазменной горелке, содержащей такую головку плазменной горелки, лазерной режущей головке, содержащей такую насадку и/или такую конструкцию, плазменной лазерной режущей головке, содержащей такую насадку и/или такую конструкцию, способу плазменной резки, способу лазерной резки и способу плазменной лазерной резки с их использованием.

Изобретение относится к устройствам для получения и обработки порошковых материалов в индуктивно-связанной плазме. Технический результат – устранение вихревых течений, возникающих в конденсационной камере путем оптимизации ее геометрической формы и повышение эффективности плазменной обработки порошкового материала.

Изобретение относится к космической технике, в частности к электроракетным двигательным установкам с электрическим ракетным двигателем (ЭРД) с безэлектродным источником плазмы и электродной ускорительной ступенью. Предложенный волновой ионный двигатель с замкнутой газоразрядной камерой содержит: газоразрядную камеру замкнутой кольцевой формы; минимум одну направляющую трубку; минимум одну антенну; минимум одну втулку (по количеству антенн); ВЧ-генератор; магнитную систему; источник питания магнитной системы; минимум одну ионно-оптическую систему (по количеству направляющих трубок); источник питания ионно-оптической системы; радиальный газоввод; систему хранения и подачи рабочего тела; модуль преобразования бортового питания; управляющий модуль.

Изобретение относится к высоковольтной наносекундной технике, в частности к источникам излучения, находящим применение в рентгеновской микроскопии для исследований внутренней структуры клеточных культур в наноразмерном масштабе, а также в фотолитографии и др. областях техники.

Изобретение относится к плазмотронам для наплавки внутренней поверхности порошковым материалом. Плазмотрон содержит охлаждаемый катодный узел с каналами для подачи плазмообразующего газа, изолятор, анодный узел с охлаждаемым плазмообразующим, защитным соплом, который содержит каналы и полости для подачи и равномерного распределения транспортирующего и защитного газов. Плазмообразующее сопло выполнено сменным в форме втулки, герметично сопрягаемой с корпусом анодного узла плоским торцом, имеющим кольцевую проточку, контактирующую с охлаждающей жидкостью для отведения тепла. Второй торец втулки имеет коническую фаску с радиально расположенными на нем каналами для направленной подачи наплавочного порошка из кольцевой полости в зону горения плазменной дуги, и сопряжен с конусной поверхностью фокусирующего сопла, выполненного в виде накидной гайки с внутренней и наружной резьбой. Внутренняя резьба обеспечивает его монтаж на корпусе анода, а по наружной резьбе обеспечивается соединение фокусирующего сопла с защитным соплом, выполненным в виде накидной гайки. На наружной резьбе фокусирующего сопла выполнены радиальные пазы глубиной более высоты резьбы, обеспечивающие соединение полости распределения защитного газа с конусообразной полостью, образованной между фокусирующим и защитным соплами и имеющей кольцевую перемычку с радиально размещенными пазами. Технический результат изобретения заключается в малогабаритности конструкции плазмотрона и его универсальности за счет наличия в плазмотроне сменных сопел, что позволяет обрабатывать поверхности в ограниченном пространстве. 1 ил.
Наверх