Новые Возможности Зондовой Регистрации Анизотропных Функций Распределения Заряженных Частиц В Плазме С Произвольной Симметрией

Abstract

Проведен анализ точности и систематических ошибок известного метода плоского одностороннего зонда для измерения анизотропных функций распределения электронов и ионов в плазме. В условиях, когда анизотропия обусловлена наличием электрического поля в плазме, получены аналитические соотношения, связывающие параметры плазмы и необходимое количество членов ряда. Показано, что, за исключением сильных полей, как правило, для адекватного описания функции распределения ионов, оказывается доста-точно десяти членов ряда. Для сильно анизотропных функций распределения заряженных частиц предложена и апробирована методика сплайновой интерполяции экспериментальных данных, которая существенно снижает систематическую ошибку при заданном количестве членов ряда. Для часто встречающихся реальных плазменных объектов с " зеркальной симметрией" показано, что по сравнению с наиболее общим случаем отсутствия любой симметрии при фиксированном количестве членов ряда Лежандра для функции распределения в эксперименте достигается уменьшение количества необходимых ориентаций плоского зонда до двух раз, а при одном и том же количестве ориентаций соответственно до двух раз возрастает число членов ряда, которые определяются из этих измерений. DOI: 10.21883/JTF.2017.12.45205.2289 Введение В работах [1,2] был предложен и в дальнейшем развит авторами [3-13] зондовый метод определения анизотроп-ных функций распределения электронов (ФРЭ) по ско-ростям в виде конечного ряда по полиномам Лежандра. Число членов ряда зависит от вида симметрии задачи и количества ориентаций плоского одностороннего или цилиндрического зондов, для которых регистрируются зависимости второй производной зондового тока от потенциала зонда.Аналогичный метод применительно к функции рас-пределения ионов (ФРИ) с использованием плоского одностороннего зонда был предложен в работах [14][15][16]. Основная идея метода применительно к ионам со-стоит в использовании той части зондовой характе-ристики, для которой ионы движутся около зонда в задерживающем поле, а электроны -в ускоряющем. Поскольку известно, что электронный ток на плос-кий зонд в этих условиях не зависит от потенци-ала зонда [17,18], вторая производная зондового то-ка несет информацию о ФРИ по скоростям. Техни-ка регистрации и обработка результатов измерений производятся аналогично тому, как это делается при определении ФРЭ методом плоского одностороннего зонда [13].Суть метода определения анизотропной функции рас-пределения (ФР) из результатов зондовых измерений состоит в следующем. Как известно, при выполнении ряда условий в плазме [1,2,14] вторая производная зон-дового тока I ′′ (eU, α) по потенциалу зонда (e, α -заряд электрона и угол между внешней нормалью к прово-дящей поверхности зонда и выделенным направлением соответственно) и ФР f ε (E, θ) (где θ -угол между осью симметрии и направлением движения заряженной частицы, имеющей энергию E) связаны соотношениемm 2 , S p , m, e -площадь зонда, масса заряженной частицы (электрона или иона) и ее заряд, соответ-ственно; ϕ ′ -разность азимутальных углов скорости частицы и вн...

Определение Индикатрисы Упругого Рассеяния Электрона На Атоме Из Зондовых Измерений Функции Распределения Рассеянных Электронов В Низковольтном Пучковом Разряде В Инертных Газах

“…При параметре κ > 0.3, по-видимому, будет необходим учет четвертого и более столкновений. Кроме того, как показано в работе [1], из-за того, что ФР электронов, не испытавших столкновений, вносит заметный вклад во вторую производную зондового тока при углах, когда нормаль к проводящей поверхности зонда составляет угол с направлением электрического поля в плазме меньше 20 • , экспериментальное определение рассеянной части ФРЭ не представляется возможным. Как следствие, и восстановление индикатрисы упругого рассеяния электрона затруднено в указанном диапазоне углов рассеяния.…”

“…В работе [1] впервые была предложена модификация известного метода плоского одностороннего зонда для определения анизотропных функций распределения (ФР) электронов (ФРЭ) [2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14] и ионов (ФРИ) [15][16][17][18] в газоразрядной плазме. Авторами [1] найдены условия, которым должна удовлетворять ФР по углам и энергиям, чтобы при реализации этого метода вторая производная была, с известной степенью точности, пропорциональна ФР. Это позволило экспериментально определить ФРЭ в пролетном режиме гелиевого низковольтного пучкового разряда (НПР) в области энергии первоначального пучка порядка 30 eV в условиях, когда традиционная методика неприменима.…”

“…Это позволило экспериментально определить ФРЭ в пролетном режиме гелиевого низковольтного пучкового разряда (НПР) в области энергии первоначального пучка порядка 30 eV в условиях, когда традиционная методика неприменима. Было показано, что ФРЭ после ускорения электронов в прикатодном ленгмюровском слое представляет собой практически монокинетический электронный газ, поскольку по данным [1] в большей части межэлектродного пространства электрическое поле мало, а в пролетном режиме длина пробега электрона относительно неупругих столкновений с атомами много больше межэлектродного расстояния. Этот газ состоит, во-первых, из нерассеянной части, которая является максвелловским распределением, сдвинутым в результате ускорения в поле катодного падения, и описывается функцией:…”

“…, являющейся результатом упругих столкновений электронов с атомами He. Немонокинетичность ФРЭ в области энергий первоначального пучка авторы [1] описывали гауссовским распределением по энергии: Журнал технической физики, 2020, том 90, вып. 4 плоскостями отсутствует.…”

“…Интересно отметить, что в выражение для f 1 (µ, z ) в качестве множителя входит индикатриса упругого рассеяния электрона на атоме G e (µ). То есть, выбирая параметр κ не слишком большим, так, чтобы роль столкновений с n ≥ 2 была невелика, можно попытаться, исключая из измеренной зондовым методом ФРЭ [1] первоначальный пучок f 0 (µ, z ), оценить индикатрису рассеяния электрона на атоме. Ниже мы подробнее рассмотрим эту возможность.…”