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1、.,vo。第9卷第3期空间科学学报l9No3,19897CHINESEJOURNALOFSPACESCIENCEJuly1989年月气体放电等离子体中朗缪尔探针应用中的问题周怀北(,北京)中国科学院空间科学与应用研究中心王文清(北京大学地球物理系)孙传礼(,北京)中国科学院空间科学与应用研究中心摘要一.实验室等离子体参数的探针测量中,子电流的修正,在某些情况一般只注意作离实际上,.下探针污染和灯丝高能电子对测量结果的影响可能大得多仅仅考虑灯丝高能电子对电子.,20%温度测量误差的影响传统的方法求出的介误差可达80%一灯丝高能电子还使得饱.和电流的测量误差达7。1,呱一允%亦即电子
2、浓度的误差故需要对测得的电子温度和电子浓度作适当的修正.文章还讨论了探针表面污染给测量结果带来的误差.,坐—己l扩、J口「刁朗,缪尔探针是空间电离层等离子体测量的重要工具而且是测量电子温度的唯一手〔1.,段;它也是实验室模拟实验测量等离子体参数的重要手段因此可靠的处理方法具有重要实际意义根据,气体分子运动论中的余弦定律单位时间内与探针上单位面积碰撞的电子数为巴称—4。。,。.xe是紧靠探针的电子浓度石是电子的平均速度假定探针周围的电子呈Marwn分,,,,:布测量时给探针加一个电压V(相对于某一参考电极)则探针收集到的电流密度‘(Fp一玛)·.e一左乓I一一10+入。,‘,:其中
3、I为探针处于空间电位时流经探针之电流I为离子电流V为参考极的空间电.,电,V,V,.位上式表明子电流随指数增加直到~时达到饱和为止V,,.一.连续改变得一组I值图1是一条典型的探针伏安特性曲线传统的求等离本文于1988年10月2日收到.3期周怀北等:气体放电等离子体中朗缪尔探针应用中的问题,-一子体电子温度的方法就是将图1的伏,重新画出电子安特性曲线作离子电流修正以后。,,电流的对数Inz~V的曲线(图2)利用半对数坐标图,相应于直线部分的斜率可以〔热求得电子温度·及T一一磕溢△V‘L.,.l-.r-1VfK1一,图典型探针伏安特性曲线(la~心)图2一101V,半对数伏安曲线(
4、~)FigTy尸Pieeaal一1eharaeteri,tie.oartccaraeterstecurvePlV一1heurveofFig2LgihmiV一1hiiLangmuirProbe。V,(z,)ofLangmuirprobeInl。,(~F)一。。,由伏安曲线的饱和电流I和测得的T可算出电子浓度:工尸己吏一了4二一巴一S.。。.s丁。其中为探针的有效收集面积这种求和的方法被广泛应用但这种数据处理,方法由于没有考虑在实验室气体放电等离子体中不可避免地存在灯丝高能电子和探针,往。,污染的影响往会给测量结果带来很大的误差实验中灯丝释放的电子经直流电场加,.,速后一部分和放电管
5、内气体分子碰撞产生电离但也有少部分灯丝电子经加速后在碰到探针之,.前能量几乎没有损耗即有部分高能电子的自由程大于灯丝与探针之间的距离,它势必对测“”,这部分高能电子成了探针电流的一部分得的电子温度有抬升作用而使测.muir,实际上由于高能电子的存在,量值偏高Lang探针理论预先假定电子呈麦氏分布。:。.电子分布偏离麦氏分布本文主要讨论这种高能电子对测量T和N的影响,从而不可避免地给测量结果带探针表面的污染改变了其接收电子或离子的电性能.灯,来严重偏差丝高能电子和探针污染对测量结果的严重影响甚至造成整个测量结果.,,,甚至有的错误在国外曾有学者对这些问题进行过讨论但在国内不仅很少有
6、人研究人至今还在沿用错误的方法和所得到的错误的结果.空间科学学报9卷、二装置及测试条件为研究灯丝高能电子对测量误差的影响,我们采用了图3装置.在阳极与灯丝之间,加上直流放电电压在放电管中产生等离子.为改变以往逐点测量的办法,离子体’:毕:体供测试用,声)介之东.’七扮万或拼本实验采用手动连续扫描的方法可获得一二’气一阳极扭:之!下{汀点万一,条完整的伏安曲线一般不会因测量过程,.接真空泵中等离子体状态变化而带来误差本实验,10一,Tor,中将放电管抽真空至然后充人z厂一一一万适量氢气至10一,Torr,此状态下能产生稳定,乌卜的等离子体,然后进行测量.;(取。电阻X吞卜仕、三测量
7、结果及误差分析l口ll尸‘一y州一根3,据等离子体测量装置(图)用平面灯丝amentpower:o30V,3A:,yr,一.电源(fil)一Langmui探针可测得一组伏安特性曲线x一夕x,夕areeonn。。tedto分别接记录仪(,一二一yrecorder用传统的方法将伏安特性曲线转换到半对)图3探针测量装置数坐标系中(见图4).从图4的(n)线求.了erentaset一uFig3EpimlpofLangmuir对数,Probemeasurem.nt得。.。.-T1o4eV,
