CZ33034U1 - Zařízení pro měření hmotnosti iontů v nízkoteplotním plazmatu - Google Patents

Zařízení pro měření hmotnosti iontů v nízkoteplotním plazmatu Download PDF

Info

Publication number
CZ33034U1
CZ33034U1 CZ2019-36181U CZ201936181U CZ33034U1 CZ 33034 U1 CZ33034 U1 CZ 33034U1 CZ 201936181 U CZ201936181 U CZ 201936181U CZ 33034 U1 CZ33034 U1 CZ 33034U1
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
plasma
probe
ess
electrode
separating
Prior art date
Application number
CZ2019-36181U
Other languages
English (en)
Inventor
Petr Adámek
Zdeněk Hubička
Miroslav Hrabovský
Martin ÄŚada
LubomĂ­r JastrabĂ­k
Original Assignee
Univerzita Palackého v Olomouci
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univerzita Palackého v Olomouci filed Critical Univerzita Palackého v Olomouci
Priority to CZ2019-36181U priority Critical patent/CZ33034U1/cs
Publication of CZ33034U1 publication Critical patent/CZ33034U1/cs

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/0006Investigating plasma, e.g. measuring the degree of ionisation or the electron temperature
    • H05H1/0012Investigating plasma, e.g. measuring the degree of ionisation or the electron temperature using electromagnetic or particle radiation, e.g. interferometry
    • H05H1/0037Investigating plasma, e.g. measuring the degree of ionisation or the electron temperature using electromagnetic or particle radiation, e.g. interferometry by spectrometry
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00Ion beam tubes
    • H01J27/02Ion sources; Ion guns

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Description

Oblast techniky
Technické řešení spadá do oblasti výzkumu plazmatu a plazmových technologií, a to konkrétně sondové diagnostiky plazmatu, a týká se zařízení pro měření hmotnosti iontů v nízkoteplotním plazmatu.
Dosavadní stav techniky
Pro určení iontové distribuční funkce se v současnosti používají hmotnostní a energetické spektrometry (analyzátory) [http://www.hiden.co.uk/index.php/en/product -catalog/51 -plasma-characterisation/82-eqp-massand-energy-analyser-for-plasma-diagnostics, 9.11.2011] nebo speciální měřicí systémy k tomu určené, například Semion™ [http://www.impedans.com/semion.html, 9.11.2011], Ve spektrometrech je využíváno dle použitého principu působení Lorentzovy síly na pohybující se nabité částice, a to elektrické složky nebo současně magnetické a elektrické složky. Speciální měřicí systémy jako Semion™ využívají pro separaci elektronů vhodně rozloženého elektrického pole, které je tvarováno a polarizováno pomocí kombinace několika speciálních mřížek. Princip využití magnetického pole k separaci elektronů při sondové diagnostice vysokoteplotního plazmatu popsal a aplikoval Katsumata [KATSUMATA, I., OKAZAKI, M. Ion Sensitive Probe A New Diagnostic Method for Plasma in Magnetic Fields. Jappanese journal of applied physics, Vol. 6, (1967), pp. 123], Silné magnetické pole se z principu nacházelo ve zkoumaném výboji a působilo tak, že zabraňovalo dopadu elektronů na sběrnou elektrodu, sondu, na jejíž osu bylo orientované radiálně. Podobná konfigurace sondy včetně tvaru sondy se používá v silných magnetických polích dle [OHTSU, Y., WAKITA, N. A simple hollow probe for monitoring ionbeam energy in processing plasmas. IOP Meas. Sci. Technol. 21 (2010) 125405] k měření v iontových svazcích a taktéž k měření potenciálu horkého plazmatu [BÓHM, G., KAMPMANN, B., SCHLÚTER, H. Measurements with an Ion-sensitive Probe in Stationary RF-Discharges of Stellarator Configuration. Physics Letters, 5,6, Vol. 70A, (1979), pp. 413-415., ADÁMEK, J., STÓCKEL, J., HRON, M., RYSZAWY, J. A novel approach to direct measurement of the plasma potential. Czechoslovak Journal of Physics, Supp. C, Vol. 54 (2004), pp. 95-99] v termojaderných reaktorech. Přehled používaných sond pro měření iontové distribuční funkce a teorie se nachází v [KATSUMATA, I. A Review of Ion Sensitive Probes. Contrib. Plasma Phys. 36 (1996), pp.73-80 ] a přehled sond pro diagnostiku plazmatu je dostupný v [DEMIDOV, V. I., Ratynskaia, S. V., RYPDAL, K. Electric probes for plasmas: The link between theory and instrument. Rev. Sci. Instrum. 10, Vol. 73, (2002) pp. 3409-3439],
Sonda separující elektrony v principiálním spojení s upraveným měřicím zařízením pro sondovou diagnostiku plazmatu pomocí Langmuirovy sondy, popsaná a aplikovaná Langmuirem a mnohými dalšími zdokonalená [LANGMUIR MOTT - SMITH Η. M., Gen., Elec. Rev. 26 (1923) p. 731 ], [BOULOS M, FAUCHAIS P, EFENDER E., Diagnostic techniques in thermal plazma processing, in DOE report, no. DOE/ER-0270, 1 - 2 (1986), HIPPLER R., PFAU S., SCHMIDT M, SCHOENBACH K. Low Temperature plazma Physics - Fundamental Aspects and Applications. Berlin: Wiley - VCH Verlag, 2001.], tvoří měřicí systém pro měření iontové distribuční funkce. Běžná zařízení pro sondovou diagnostiku plazmatu jsou komerční [Hiden Análytical http://www.hiden.co.uk/index.php/en/product-catalog/51- plasma-characterisation/80hiden-espion-advanced-langmuir-probe-for-plasma- diagnostics, 9.11.2011] nebo [Impedans http://www.impedans.com/langmuir-probe.html, 9.11.2011], Tato zařízení je též možno výrobcem upravit pro aplikaci se speciální sondou separující elektrony pro měření iontové distribuční funkce. Způsob měření iontové distribuční funkce v nízkoteplotním plazmatu, měřicí systém pro provádění tohoto způsobu a sonda pro měřicí systém jsou popsány například ve spise CZ304493B6. V uvedeném spise popsaným způsobem a daným měřícím systémem je pomocí
- 1 CZ 33034 U1 magnetického pole vznikajícího v komůrce sondy vybavené alespoň dvěma magnety možno provádět jak kontinuální, tak také časově rozlišená měření ve všech druzích napájení výboje, na základě čehož je možno stanovit iontovou distribuční funkci. Dané řešení bylo aplikováno nejen pro sondu magnetickém poli separující elektrony, viz [Čada, M.; Hubička, Z.; ADÁMEK, P.; et al. A modified Katsumata probe-ion sensitive probe for measurement in non- magnetized plasmas. REV1EW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS Volume 86 Issue 7 (2015)]. Nevýhodou tohoto systému je, že neposkytuje informace o hmotnosti sledovaných iontů v plazmatu.
Snahou předkládaného technického řešení je představit nové měřící zařízení, pomocí něhož je možno novým způsobem získat z plazmové frekvence iontů, a to bez přítomnosti silného magnetického pole, data pro výpočet hmotnosti přítomných iontů v plazmatu.
Podstata technického řešení
Stanoveného cíle je dosaženo technickým řešením, kterým je zařízení pro měření hmotnosti iontů v nízkoteplotním plazmatu aplikované na plazmochemickém reaktoru, ve kterém je umístěn měřený plazmatický objekt, který je vybaven zdrojem napájení výboje napojeným na výbojovou elektrodu a referenční elektrodu, a do kterého je zavedena elektrony separující sonda vybavená sběrnou elektrodou opatřenou stínícím pláštěm, přičemž vlastní měřící obvod zařízení sestává z číslicového řídicího systému, který je napojen na řídící počítač, jednak je přes v sérii zapojené trikanálový blok analogově digitálních převodníků napětí a proudový převodník propojen se sběrnou elektrodou elektrony separující sondy a jednak jsou k němu paralelně připojeny zdroj referenčního napětí a počítačem laděný generátor vysokofrekvenčního signálu, kde zdroj referenčního napětí je dále přímo napojen na referenční elektrodu zdroje napájecího výboje. V zařízení jsou výstupy zdroje referenčního napětí propojeny se vstupy generátoru vysokofrekvenčního signálu, proudového převodníku a s elektrony separující sondou, přičemž jednak trikanálový blok analogově digitálních převodníků je svým prvním vstupem propojen přes referenční detektor a referenční oddělovací kondenzátor s elektrony separující sondou a svým druhým vstupem přes snímací detektor a vazební oddělovací kondenzátor mezi proudový převodník a sběrnou elektrodu a jednak je generátor vysokofrekvenčního signálu přes přepínač napojen mezi referenční detektor a referenční oddělovací kondenzátor.
Technickým řešením se dosahuje nového a vyššího účinku v tom, že zařízení umožňuje využitím připojeného laditelného vysokofrekvenčního generátoru stanovení iontové hmotnosti z iontové plazmové frekvence, při výskytu dvou nebo více plazmových frekvencí iontů umožňuje stanovení iontové plazmové frekvence konkrétního typu iontů a poměrnou koncentraci z amplitudy každého absorpčního píku, a to při využití speciální sondy, která separuje elektrony, respektive elektronovou složku proudu, z měřené voltampérové charakteristiky plazmatu. Další výhodou je, že zařízení je připojitelné pouze s poměrně malými úpravami ke známému měřicímu systému pro sondovou diagnostiku plazmatu popsanému ve spise CZ23703U1.
Objasnění výkresů
Konkrétní příklad provedení měřícího zařízení podle technického řešení je schematicky znázorněn na připojeném výkrese představujícím celkové základní zjednodušené schéma zařízení.
Výkres, který znázorňuje zařízení podle technického řešení, a následně popsaný příklad konkrétního provedení měřícího systému, v žádném případě neomezují rozsah ochrany uvedený v definici, ale jen objasňují podstatu technického řešení.
-2CZ 33034 U1
Příklady uskutečnění technického řešení
Zařízení pro měření hmotnosti iontů v nízkoteplotním plazmatu je aplikováno na plazmochemickém reaktoru PR, ve kterém je umístěn měřený plazmatický objekt PLA, který je vybaven zdrojem NV napájení výboje napojeným na výbojovou elektrodu VE a referenční elektrodu RE, a do kterého je zavedena elektrony separující sonda ESS vybavená sběrnou elektrodou SE opatřenou stínícím pláštěm SP.
Vlastní měřící obvod zařízení sestává z číslicového řídicího systému CRS, který je napojen na řídící počítač CPC, jednak je přes v sérii zapojené tříkanálový blok BAD analogově digitálních převodníků napětí a proudový převodník PP propojen se sběrnou elektrodou SE elektrony separující sondy ESS a jednak jsou k němu paralelně připojeny zdroj CRZ referenčního napětí a počítačem laděný generátor CRG vysokofrekvenčního signálu. Zdroj CRZ referenčního napětí je dále přímo napojen na referenční elektrodu RE zdroje NV napájecího výboje a jeho výstupy jsou také propojeny se vstupy generátoru CRG vysokofrekvenčního signálu, proudového převodníku PP as elektrony separující sondou ESS. Tříkanálový blok BAD analogově digitálních převodníků je pak svým prvním vstupem 1 propojen přes referenční detektor DĚTI a referenční oddělovací kondenzátor Cl s elektrony separující sondou ESS a svým druhým vstupem 2 přes snímací detektor DET2 a vazební oddělovací kondenzátor C2 mezi proudový převodník PP a sběrnou elektrodu SE. Konečně je pak generátor CRG vysokofrekvenčního signálu přes přepínač PÍ napojen mezi referenční detektor DĚTI a referenční oddělovací kondenzátor Cl.
Před zahájením měření je nejprve provedeno primární nastavení měřícího systému. Při měření řídící počítač CPC postupně nastavuje prostřednictvím číslicového řídicího systému CRS na číslicově řízeném zdroji CRZ referenční napětí na elektrony separující sondě ESS a její sběrné elektrodě SE, proud procházející mezi zdrojem CRZ referenčního napětí přes referenční elektrodu RE, plazmatickým objektem PLA a sběrnou elektrodou SE. Separovaná složka elektronového proudu z elektrony separující sondy ESS je před proudovým převodníkem PP oddělena a odvedena zpět do zdroje CRZ referenčního napětí. Proud procházející sběrnou elektrodou SE, který je po separaci elektronů tvořen pouze přicházejícími těžkými nabitými částicemi, tedy ionty, je snímán proudovým převodníkem PP a následně je třetím vstupem 3 zaveden do bloku BAD analogově digitálních převodníků, kde je jedním z A/D převodníků digitalizován a takto získané hodnoty jsou ukládány do paměti řídicího počítače CPC. Do paměti řídicího počítače CPC jsou rovněž ukládány hodnoty referenčního napětí nastavované na zdroji CRZ referenčního napětí a ze závislosti proudu sběrné elektrody SE na nastavovaném napětí číslicově řízeného zdroje CRZ je pak prostou dvojnásobnou diferenciací proudu dle diference napětí stanovena iontová rychlostní energetická distribuční funkce.
Pro určení hmotnosti zkoumaných iontů v plazmatickém objektu PLA jsou přepínačem PÍ připojeny přes oddělovací kondenzátry Cl, C2 obě elektrody, jak elektrony separující sonda ESS tak sběrná elektroda SE na řídicím počítačem CPC laděný generátor CRG vysokofrekvenčního signálu. Pak je signál z referenčního detektoru DĚTI který je připojený na elektrony separující sondu ESS, zaveden prvním vstupem 1 do odpovídajícího A/D převodníku bloku BAD analogově digitálních převodníků, kde je digitalizován a slouží ke kontrole amplitudy vysílaného signálu. Současně je vysokofrekvenční signál ze sběrné elektrody SE druhým vstupem 2 zaváděn do bloku BAD analogově digitálních převodníků, kde je rovněž digitalizován. Oba signály digitalizované v bloku BAD analogově digitálních převodníků jsou vyhodnocovány porovnáním jejich amplitud. Amplituda signálu na sběrné elektrodě SE je ovlivněna poklesem amplitudy signálu na snímacím detektoru
DET2. Hodnota iontové plazmové frekvence je dána vztahem _ (nfe2 — / v £-mi v němž //, je hodnota koncentrace iontů, /», udává hmotnost iontů, e je hodnota elementárního náboje iontů a ε je hodnota permitivity prostředí plazmatu. Z poklesu amplitudy signálu na snímacím detektoru DET2 lze usoudit na absorpci vysokofrekvenční energie konkrétními ionty dané hmotnosti a z poměrů velikosti absorpčního minima lze i vypočítat jejich zastoupení v plazmatu, respektive jejich poměrnou koncentraci ve výboji v plazmatu. Tohoto jevu lze dosáhnout aplikací řiditelného laditelného generátoru CRG vysokofrekvenčního signálu a monitorováním signálu ze snímacího detektoru DET2. Pokles signálu na snímacím detektoru DET2 se projeví absorpčním pikem v závislosti na generované frekvenci nebo několika absorpčními píky při přítomnosti více druhů iontů ve zkoumaném plazmatu.
Referenční detektor DĚTI slouží pro kontrolu vstupní amplitudy vysokofrekvenčního signálu i pro kontrolu správné funkce generátoru CRG vysokofrekvenčního signálu.
Průmyslová využitelnost
Zařízení pro měření hmotnosti iontů v nízkoteplotním plazmatu je určeno pro výzkumné a technologicko-aplikační účely, konkrétně pro umožnění zkoumání těžkých nabitých částic, respektive hmotnosti iontů v nízkoteplotním plazmatu.
NÁROKY NA OCHRANU

Claims (1)

1. Zařízení pro měření hmotnosti iontů v nízkoteplotním plazmatu aplikované na plazmochemickém reaktoru (PR), ve kterém je umístěn měřený plazmatický objekt (PLA), který je vybaven zdrojem (NV) napájení výboje napojeným na výbojovou elektrodu (VE) a referenční elektrodu (RE), a do kterého je zavedena elektrony separující sonda (ESS) vybavená sběrnou elektrodou (SE) opatřenou stínícím pláštěm (SP), přičemž vlastní měřící obvod zařízení sestává z číslicového řídicího systému (CRS), který je napojen na řídící počítač (CPC), jednak je přes v sérii zapojené tříkanálový blok (BAD) analogově digitálních převodníků napětí a proudový převodník (PP) propojen se sběrnou elektrodou(SE) elektrony separující sondy (ESS) a jednak jsou k němu paralelně připojeny zdroj (CRZ) referenčního napětí a počítačem laděný generátor (CRG) vysokofrekvenčního signálu, kde zdroj (CRZ) referenčního napětí je dále přímo napojen na referenční elektrodu (RE) zdroje (NV) napájecího výboje, vyznačující se tím, že výstupy zdroje (CRZ) referenčního napětí jsou propojeny se vstupy generátoru (CRG) vysokofrekvenčního signálu, proudového převodníku (PP) a s elektrony separující sondou (ESS), přičemž jednak tříkanálový blok (BAD) analogově digitálních převodníků je svým prvním vstupem (1) propojen přes referenční detektor (DĚTI) a referenční oddělovací kondenzátor (Cl) s elektrony separující sondou (ESS) a svým druhým vstupem (2) přes snímací detektor (DET2) a vazební oddělovací kondenzátor (C2) mezi proudový převodník (PP) a sběrnou elektrodu (SE) a jednak je generátor (CRG) vysokofrekvenčního signálu přes přepínač (Pl) napojen mezi referenční detektor (DĚTI) a referenční oddělovací kondenzátor (Cl).
CZ2019-36181U 2019-05-09 2019-05-09 Zařízení pro měření hmotnosti iontů v nízkoteplotním plazmatu CZ33034U1 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2019-36181U CZ33034U1 (cs) 2019-05-09 2019-05-09 Zařízení pro měření hmotnosti iontů v nízkoteplotním plazmatu

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2019-36181U CZ33034U1 (cs) 2019-05-09 2019-05-09 Zařízení pro měření hmotnosti iontů v nízkoteplotním plazmatu

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ33034U1 true CZ33034U1 (cs) 2019-07-30

Family

ID=67477222

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2019-36181U CZ33034U1 (cs) 2019-05-09 2019-05-09 Zařízení pro měření hmotnosti iontů v nízkoteplotním plazmatu

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ33034U1 (cs)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022117130A1 (en) 2020-12-03 2022-06-09 Univerzita Palackého v Olomouci Device for deposition of dielectric optical thin films by the help of sputtering plasma sources and sources of energy ions

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022117130A1 (en) 2020-12-03 2022-06-09 Univerzita Palackého v Olomouci Device for deposition of dielectric optical thin films by the help of sputtering plasma sources and sources of energy ions
EP4081671A4 (en) * 2020-12-03 2023-09-27 Univerzita Palackého v Olomouci DEVICE FOR DEPOSITION OF DIELECTRIC OPTICAL THIN FILMS USING SPUTTERING PLASMA SOURCES AND ENERGY ION SOURCES

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20140339424A1 (en) Device for mass selective determination of an ion
KR100964804B1 (ko) 아크 감지 장치와 아크 감지 방법
CZ33034U1 (cs) Zařízení pro měření hmotnosti iontů v nízkoteplotním plazmatu
CN105021885A (zh) 微波谐振腔的频率跟踪测量装置
CZ2019286A3 (cs) Způsob měření iontové hmotnostní rozdělovací funkce v nízkoteplotním plazmatu a zařízení pro provádění tohoto způsobu
Bauer et al. The Stuttgart positron beam, its performance and recent experiments
KR101522103B1 (ko) 원자력 발전소의 전 운전영역에서 방출되는 중성자를 노외에서 측정하는 계측기 및 그 계측 방법
CN120468517A (zh) 大气电场的测量方法及装置
CN117630461A (zh) 一种基于光电双感应非接触式验电装置
CZ2011890A3 (cs) Zpusob merení iontové distribucní funkce v nízkoteplotním plazmatu, merící systém pro provádení tohoto zpusobu a sonda pro merící systém
KR102157541B1 (ko) 검체의 농도 검출 장치 및 방법
CN109581511A (zh) 一种基于感应原理的非接触式煤岩带电监测传感器标定系统及方法
Harasimowicz et al. Beam instrumentation for the future ultra-low energy electrostatic storage ring at FLAIR
GONG et al. Application of CS3301 to the Long‐Period MT Instrument
RU2727390C1 (ru) Индикатор наличия нелинейных искажений в радиоэлектронных системах
Nagaoka et al. Measurement of Electron Density near Plasma Grid of Large‐scaled Negative Ion Source by Means of Millimeter‐Wave Interferometer
US20250116622A1 (en) Detector, Control Unit and Computer Program Product and Method for Determining a Composition of a Substance Sample
CN114858831A (zh) X射线磁圆二色谱测量系统及测量方法
Tian et al. Simulation design and research of Charge amplifier based on ADS
SU1363052A1 (ru) Устройство дл вихретокового контрол материалов и изделий
RU96238U1 (ru) Устройство для измерения натяжения анодных проволок в многопроволочных пропорциональных камерах
SU834586A1 (ru) Устройство дл измерени коэффициентафОРМы КРиВОй пЕРЕМЕННОгО НАпР жЕНи
CN121559582A (zh) 同步环束流位置及工作点测量两用装置、测量方法和装置
Blum et al. Tune measurement in the NSLS booster synchrotron
RU45532U1 (ru) Анализатор на основе ядерного магнитного резонанса

Legal Events

Date Code Title Description
FG1K Utility model registered

Effective date: 20190730

MK1K Utility model expired

Effective date: 20230509