文档介绍：气体放电中等离子体的分析
一、实验目的
1、了解气体放电中等离子体的特性。
2、利用等离子体诊断技术测定等离子体的一些基本参量。
二、实验原理
1、等离子体及其物理特性
等离子体有一系列不同于普通气体的特性：
高度电离，是电和
作半对数曲线，如图4所示，由直线部分的斜率tge，可决定电子温度Te :
电子平均动能Ee和平均速度ve分别为：
E = 3 kT e 2
3kT~
v = e e t兀m
式中me为电子质量。
由(4)式可求得等离子区中的电子密度：
4I I )2nm
n ~o— = —o e
e eSv eS \ kT
e e
式中10为UP=Us时的电子电流，S为探针裸露在等离子区中的表面面积。
(2)双探针法。双探针法原理图如图 5
图5
双探针法是在放电管中装两根探针相隔一段距离L。双探针法的伏安特性曲线如图6所示。在坐标原点，如果两根探针之间没有电位差，它们各自得到的电流相等，所以外电流为零然而，一般说来，由于两个探针所在的等离子体电位稍有不同，所以外加电压为零时，电流不是零。
随着外加电压逐步增加，电流趋于饱和。最大电流是饱和离子电流Is1、Is2。
图6
双探针法有一个重要的优点，即流到系统的总电流决不可能大于饱和离子电流。这是因为流到系统的电子电流总是与相等的离子电流平衡。从而探针对等离子体的干扰大为减小。
由双探针特性曲线，通过下式可求得电子温度Te :
丁 e I -1 dU
T 二 n——亠
e k I + I dI U =0
i1 i2
式中e为电子电荷，k为玻耳兹曼常数，Ii1、Ii2为流到探针1和2的正离子电流。它们由
dU
dl
饱和离子流确定。 u=o是U = 0附近伏安特性曲线斜率。
电子密度 ne 为:
2I帀
n = -
e eS kT
e
式中M是放电管所充气体的离子质量$是两根探针的平均表面面积。Is是正离子饱和电流。由双探针法可测定等离子体内的轴向电场强度EL。一种方法是分别测定两根探针所在处的等离子体电位U1和U2 ,由下式得
口 U - U
L l
式中 l 为两探针间距。
另一种方法称为补偿法，接线如图 6 所示。当电流表上的读数为零时，伏特表上的电位差除以探针间距
L ,也可得到EL。
图7
三、实验数据
本实验用等离子体物理实验组合仪（以下简称组合仪）、接线板和等离子体放电管。放电管的阳极和阴极由不锈钢片制成，管内充***或氩。
四、实验内容
单探针法测等离子体参量
本实验采用的是电脑化X-Y记录仪和等离子体实验辅助分析软件，测量伏安特性曲线，算出等离子体参量。实验接线图如下
6
6
is-win
今「，枚吐背
U O
图8
JS电
单元
mtc
单元
t 7
Aft
飙元
护兀
t a
连好线路后接通电源，使放电管放电，将放电电流调到需要值，接通X-Y函数记录仪电源，选择合适的量程。在接线板上选择合适的取样电阻。运行电脑化X-Y记录仪数据采集软件，随着探针电位自动扫描，电脑自动描出
U- I特性曲线，将数据保存。用等离子体实验辅助分析软件处理数据，求得电子温度等主要参量。
2．双探针法
用自动记录法测出双探针伏安特性曲线，求Te和ne。双探针法实验方法与单探针法相同，接线图如图9 所示。
图9
五、实验数据

实验参数:
探针直径(mm) :
探针轴向间距(mm) :
放电管内径(mm) :
平行板面积(mmA2) :
平行板间距(mm) :
亥姆霍兹线圈直径(mm) :
亥姆霍兹线圈间距(mm) :
亥姆霍兹线圈匝数: 400
放电电流(mA) : 99
单探针序号: 1
取样电阻值(Q): 750
实验结果:
U0 = V
I0 = uA
tge=
Te
= +004 K
Ve
= +006 m/s
Ne
=+018 n/mA3
Ee
= -019 J
双探针法
实验参数:
探针直径(mm) :
探针轴向间距(mm) :
放电管内径(mm) :
平行板面积(mmA2) :
平行板间距(mm) :
亥姆霍兹线圈直径(mm) : 亥姆霍兹线圈间距(mm) : 亥姆霍兹线圈匝数: 400
放电电流(mA) : 99