Быстрая оценка параметров плазмы

Лекция 11

Фурье-спектрометр

Появление плазмы в газе первую очередь проявляется в росте проводимости.

(1)

Приложив небольшое пробное напряжение Е и измерив плотность тока j можно найти N_e из закона Ома:

см^-3 (2)

j - в А/см^-2, Р - в мбарах (10^-3 атм), T_e и T₀ - в кК, E - в В / см. Значения T_e и T₀ для первой оценки можно взять Т_е ~ 10 кК и Т₀ ~ 0.3 кК. Точность такой оценки невысока - до порядка величины.

Более точную оценку плотности плазмы можно получить из спектральных измерений по Штарковскому уширению линий водорода из серии Бальмера.

или (3)

Здесь λ в Å, Ry = 109677.58 см^-1. Первые линии этой серии:

Нα = 6562.8 Å, Нβ = 4861.3 Å, Нγ = 4341.7 Å

n = 3 4 5

По мере роста n линии сгущаются, стремясь к пределу 3646 Å. Штарковское уширение линий водорода в плазме приводит к их слиянию в непрерывный спектр. Граница этой области по мере роста плотности плазмы смещается в сторону меньших n. Из спектра вблизи λ = 3646 Å можно определить последнюю различимую линию серии Бальмера и определить граничное значение n_gr. Плотность плазмы можно оценить по формуле Инглиса - Теллера

(4)

В плазме с плотностью N_e ~ 10¹⁶ см^-3 n_gr = 10. Область применимости метода Инглиса - Теллера N_e ~ 10¹⁴ - 10¹⁷ см^-3 при температуре T_e < 2.3 10⁵ / n_gr K. Погрешность около 100% (Δlg N_e ~ 0.3).

Хорошую качественную картину процесса образования и эволюции плазмы дает наблюдение динамики свечения линий нейтралов и ионов различной кратности. При этом надо иметь в виду, что наблюдается, как правило, динамика изменения хордовой яркости. Поэтому в процессе последовательной ионизации полного выгорания линий не происходит. Линия выгорает в центре плазмы, где температура наиболее высока, а на краю при этом может находиться область плазмы с подходящей температурой и максимум свечения линии смещается туда. Хордовая яркость при этом снижается, но не до нуля. (Рисунок)

Дата добавления: 2014-01-20