12静电探针法测量气体放电等离子参数实验

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1、静电探针法测量气体放电等离子参数实验一、实验目的1.了解等离子体的产生和有关参数的物理意义2.采用静电探针法测量气体放电等离子体的电子温度和电子密度二、实验原理1.等离子体：是由大量的带电粒子组成的非束缚态的宏观体系，其集体行为是正负粒子和中性粒子构成的准中性气体，它是物质存在的第四状态（固体、液体、气体和等离子体）。2.等离子体分类：低温等离子体（冷等离子体，如，极光、日光灯；热等离子提，如，电弧、碘钨灯）。高温等离子体（如，核聚变、太阳核心）。3.等离子体的粒子密度：是指单位体积内所含某种离子的数目。等离子体内同时存在正离子，电子和中性粒子，n0为中性粒子密度，ni为

2、正离子密度，ne为电子密度。等离子体中带电粒子与中性粒子密度之比称为等离子体的电离度α=ni/n0或α=ne/n0。4.等离子体温度：处于热平衡的体系对应一个确定的温度，对等离子体，热平衡的建立与离子密度、电离度以及外磁场有关，假定粒子的能量仅取决于平动不考虑转动等因素，则粒子能量与温度的关系E=3kT/2。在等离子体中，通常分别表示不同带电粒子的温度（如离子温度Ti和电子温度Te）。5.气体放电等离子体模型(朗缪尔，Lanmuir1924)和静电探针法测量气体放电等离子参数实验装置：6.I-V特性曲线及电子温度和电子密度的计算(1)单探针诊断法高压单探针原理图单探针理想

3、I-V曲线(2)双探针诊断法双探针原理图高压双探针理想I-V曲线电子温度：，I1+和I2+分别是饱和离子流。电子密度：，I+e是饱和离子流，A是探针面积，m+是离子质量Te是电子温度。I双探针实际I-V曲线I1+eV0I2+e一、实验过程及操作流程1.开机前准备：关断仪器所有电源开关，按以下步骤2、4模拟开机和关机过程。2.开机：(1)将真空阀门“F1”和“F2”缓慢右旋使之处于“关”；真空泵开关“V”及“电源”处于下方的“关”；“放电”及“探针”调节旋钮逆时针旋转至“零”。(2)打开机械泵电源开关“V”，抽真空约1分钟后，再打开“F2”阀门至“开”，继续抽真空30分钟以

4、上。(3)打开“放电”电源开关，按顺时针方向缓慢调节放电电压至700-1200V，使得放电电流约为2mA（此时放电电压约为700-900V），观察放电现象。如果没有放电现象，必须将“放电”电压调节旋钮旋到0，并关断“放电”电源开关，继续抽真空。3.测量气体等离子的I-V特性：在放电电流稳定的条件下，将放电电压V调（-120~120V），测量对应的放电电流I。绘制I-V特性曲线，计算电子温度和电子密度。4.关机：(1)关机之前请示：关机之前一定要请示指导教师监督，否则后果自负。(2)关机操作顺序：“放电”旋钮调至0→关断“电源”→关断“F2”→关断“V”→打开“F1”→约1

5、0秒后再关上“F1”。二、注意事项1.注意人身安全：2.注意仪器安全：开机前一定要检查，确保真空阀门“F1”和“F2”使之处于“关”，关机时，一定要按照顺序：“放电”旋钮调至0→关断“电源”→关断“F2”→关断“V”→打开“F1”→约10秒后再关上“F1”。三、有关参数探针表面积氮离子质量电子电荷电子质量玻尔兹曼常数A=0.1mm2M=14/6.022×10-26kge=1.6×10-19Cme=9.1×10-31kgK=1.38×10-23J·K-1四、实测结果电压/伏-100.7-90.8-80.1-70.1-60.5-50.0-40.2-30.5-20.2电流/微安

6、-0.44-0.40-0.33-0.29-0.21-0.130.010.110.24电压/伏-15.0-10.3-5.30.005.0010.115.020.030.1电流/微安0.300.360.420.460.500.530.570.620.68电压/伏40.150.360.270.580.190.2100.5电流/微安0.730.760.820.850.870.910.93