專利名稱：一種獲取等離子體伏安特性曲線方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及等離子體領(lǐng)域，特別涉及一種獲取等離子體伏安特性曲線方法。
背景技術(shù)：
如圖I所示，圖I為傳統(tǒng)的朗繆爾探針工作示意圖。等離子體中電子的平均熱運(yùn)動速度遠(yuǎn)大于離子速度，因此，探針剛進(jìn)入等離子體時(shí)單位時(shí)間內(nèi)打在探針表面上的電子數(shù)遠(yuǎn)大于離子數(shù)，當(dāng)探針處于一定的負(fù)電位Vf時(shí)會排斥電子吸引離子，使探針電流為零，電位％稱為懸浮電位。在實(shí)際測試時(shí)，探針與等離子體空間電位Vs的差值Vp難以直接獲取，通常是測量探針相對放電系統(tǒng)中的一個參考電極間的電位差V。設(shè)等離子體空間電位與參考電極的電位差為Vk，若參考電極接地則Vk為等離子體的空間電位。則有
V = VE+VP(1)如圖2所示，圖2為等離子體的伏安特性曲線圖。取Vp為橫坐標(biāo)，探針電流I為縱坐標(biāo)，可得探針的伏安特性曲線。假設(shè)等離子體的特征參量是不變的，等離子體空間電位與參考電極的電位差為Vk是一個不變量，那么實(shí)際測試所得的伏安特性曲線相當(dāng)于在圖2的基礎(chǔ)上水平移動后的結(jié)果。采用簡單的條件可以對靜電探針的工作原理做出清晰的解釋。簡單條件是指忽略探針對等離子體的干擾、探針表面的次級發(fā)射、等離子體與探針材料的反應(yīng)以及無磁場作用等。靜電探針收集的電流I為打到探針表面的電子電流與離子電流Ii之和，定義電流從探針流向等離子體的方向?yàn)檎?，則有I= Ie-Ii⑵如果等離子體未被擾動且電位為零，則探針電位為VP，令鞘層外的電子、離子密度分別為I^ni,根據(jù)麥克斯韋分布可以得到等離子體電子與離子速度分布率為/(K) = 4M-^-)2/3K2 exp(^￡)(3)
2mleHe/(V1) =exp(^￡)(4)
ImliIkliVp > 0時(shí)，探針周圍空間將形成電子鞘層，進(jìn)入探針表面鞘層的電子在電場作用下全部到達(dá)探針表面。離子由于速度遠(yuǎn)小于電子，且此時(shí)還受電場的排斥，因而相對于電子電流來說離子電流可以被忽視，所以探針收集的電流為I = Ie0 = ^neeS〔 vj(ve)dve f cos O^mddO(5 )Ietl稱為電子飽和流，0為電子的運(yùn)動方向與探針表面法向的夾角，S為探針的表面積，將式代入后可以得到Ie0 = \neeS^^- ^ 2 5 XlO-l4HeS^kTl(6)
其中，kTe的單位取為電子伏。Vp < Vf時(shí)，電子電流不斷減小，探針電流將趨于離子飽和電流。離子飽和電流不能像電子飽和電流的推導(dǎo)過程那樣得出，這是因?yàn)樘结橂娢坏陀趹腋‰娢缓笳x子會在探針周圍形成正離子鞘層，正離子鞘層的形成需離子進(jìn)入鞘層的入射速度Us滿足玻姆判據(jù)，即
權(quán)利要求
1.一種獲取等離子體伏安特性曲線方法，該方法在射頻放電模式條件下用朗繆爾探針對等離子體參數(shù)進(jìn)行探測，所述的朗繆爾探針在掃描電壓的控制下對ー探測點(diǎn)進(jìn)行探測來獲取參數(shù)采樣值，從而得到等離子體的伏安特性曲線；其中，一次探針工作時(shí)間包括多個放電周期，同一放電周期內(nèi)對所述的朗繆爾探針施加ー個穩(wěn)定的掃描電壓，每個放電周期對應(yīng)ー個不同的掃描電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的獲取等離子體伏安特性曲線方法，其特征在于，所述的獲取參數(shù)采樣值的方法采用以射頻放電電壓作為觸發(fā)信號觸發(fā)示波器來采集一次探針工作時(shí)間內(nèi)的參數(shù)采樣值。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的獲取等離子體伏安特性曲線方法，其特征在于，所述的參數(shù)采樣值包括放電電壓、放電電流、探針電壓和探針電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的獲取等離子體伏安特性曲線方法，其特征在于，所述的等離子體參數(shù)包括等離子體溫度、等離子體密度和懸浮電位。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種獲取等離子體伏安特性曲線方法，該方法在射頻放電模式條件下用朗繆爾探針對等離子體參數(shù)進(jìn)行探測，所述的朗繆爾探針在掃描電壓的控制下對一探測點(diǎn)進(jìn)行探測來獲取參數(shù)采樣值，從而得到等離子體的伏安特性曲線；其中，一次探針工作時(shí)間包括多個放電周期，同一放電周期內(nèi)對所述的朗繆爾探針施加一個穩(wěn)定的掃描電壓，每個放電周期對應(yīng)一個不同的掃描電壓。
文檔編號G01R31/00GK102650663SQ201110048048
公開日2012年8月29日 申請日期2011年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月28日
發(fā)明者丁亮, 吳逢時(shí), 姜昱光, 孫海龍, 孫簡, 徐躍民, 朱翔, 楊新杰, 鑒福升, 霍文清, 黃偉 申請人:中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心