RU2671948C1 - Method of plasma diagnostics by langmuir probes with leads protected by non-insulated screens and device therefor - Google Patents

Method of plasma diagnostics by langmuir probes with leads protected by non-insulated screens and device therefor Download PDF

Info

Publication number
RU2671948C1
RU2671948C1 RU2017139277A RU2017139277A RU2671948C1 RU 2671948 C1 RU2671948 C1 RU 2671948C1 RU 2017139277 A RU2017139277 A RU 2017139277A RU 2017139277 A RU2017139277 A RU 2017139277A RU 2671948 C1 RU2671948 C1 RU 2671948C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
probe
plasma
point
langmuir
diagnostics
Prior art date
Application number
RU2017139277A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валентин Анатольевич Рябый
Павел Евгеньевич Машеров
Владимир Павлович Савинов
Валерий Георгиевич Якунин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority to RU2017139277A priority Critical patent/RU2671948C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2671948C1 publication Critical patent/RU2671948C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof

Abstract

FIELD: testing equipment.SUBSTANCE: invention relates to an experimental technique for plasma diagnostics. Invention involves the use of Langmuir probes with outputs protected by non-insulated screens from outside, by recording the probe at each measuring point of the probe volt-ampere characteristics and their processing, which determines the potential of the space Vand the corresponding density of the electron saturation current per probe j, the plasma energy distribution function of the plasma electrons (EDFS), the temperature Tand the concentration nelectrons of plasma. Device for performing plasma diagnostics with Langmuir probes with outputs protected by non-insulated screens from outside contains a vacuum chamber with plasma generating means and a movable main Langmuir probe with a non-insulated shield, the probe positions in the plasma are provided with a point corresponding to the position of the probe 1 in which its screen is removed from the plasma, and in some other place of this vacuum chamber a second mobile probe is installed to measure the comparative parameters of the plasma at the same singular point, in the presence of contact of its shielding screen with the plasma.EFFECT: technical result consists in reduced errors of plasma diagnostics by Langmuir probes, the outputs of which are protected by non-insulated screens.2 cl, 6 dwg

Description

Заявляемая группа изобретений относится к экспериментальной технике диагностики плазмы.The claimed group of inventions relates to an experimental technique for the diagnosis of plasma.

Известен способ зондовой диагностики высокочастотной (ВЧ) плазмы путем введения в газоразрядное пространство ВЧ емкостного разряда зонда Ленгмюра с выводом, изолированным кварцевой трубкой [1].A known method of probe diagnostics of high-frequency (HF) plasma by introducing into the gas discharge space of the HF capacitive discharge of the Langmuir probe with a lead insulated by a quartz tube [1].

Недостатком данного способа явилось наличие ВЧ наводок на зондовых выводах в газоразрядном пространстве, которые искажали зондовые вольт-амперные характеристики (ВАХ) даже при включении в зондовую цепь фильтров-пробок, настроенных на несущую частоту и нескольких ее гармоник. Эти искажения обуславливали существенные погрешности измерений.The disadvantage of this method was the presence of high-frequency interference at the probe terminals in the gas discharge space, which distorted the probe current-voltage characteristics (I-V) even when filter plugs tuned to the carrier frequency and several harmonics were included in the probe circuit. These distortions caused significant measurement errors.

Известен способ диагностики СВЧ плазмы зондами Ленгмюра с выводами, защищенными неизолированными снаружи экранами [2]. В результате СВЧ искажения зондовых ВАХ и соответствующие погрешности измерений существенно уменьшились.A known method for the diagnosis of microwave plasma by Langmuir probes with leads protected by uninsulated screens outside [2]. As a result, the microwave distortion of the probe I – V characteristics and the corresponding measurement errors significantly decreased.

Недостатком данного способа явились дополнительные погрешности измерений, обусловленные возникновением в защитных экранах зондов Ленгмюра эффекта короткозамкнутого двойного макро-зонда, ток короткого замыкания в котором уменьшал плазменный ток, понижал уровень ионизационного равновесия в плазме и, следовательно, уменьшал связанные с ним величины плазменных параметров и, таким образом, вносил заметные погрешности в результаты зондовых измерений [3]. Данный способ, наиболее близкий к заявленному техническому решению, принят в качестве его прототипа.The disadvantage of this method was the additional measurement errors due to the appearance of the effect of a short-circuited double macro probe in the protective screens of Langmuir probes, the short-circuit current in which reduced the plasma current, lowered the level of ionization equilibrium in the plasma and, therefore, reduced the values of the plasma parameters and, thus, it introduced noticeable errors in the results of probe measurements [3]. This method, the closest to the claimed technical solution, adopted as its prototype.

Технический результат заключается в уменьшении погрешностей диагностики плазмы зондами Ленгмюра, выводы которых защищены неизолированными экранами. Решение данной задачи, наиболее эффективное в случае исследования ВЧ плазмы и весьма полезное при изучении любой плазмы при наличии внешних ВЧ полей, обеспечивает объективность и надежность результатов зондовых измерений параметров плазмы.The technical result consists in reducing the errors in the diagnosis of plasma by Langmuir probes, the findings of which are protected by uninsulated screens. The solution to this problem, the most effective in the case of studying RF plasma and very useful in studying any plasma in the presence of external RF fields, provides objectivity and reliability of the results of probe measurements of plasma parameters.

Заявленный технический результат достигается тем, что реализуют способ диагностики плазмы с использованием зондов Ленгмюра с выводами, защищенными неизолированными снаружи экранами, путем регистрации основным зондом-1 в каждой измерительной точке зондовых вольт-амперных характеристик и их обработки, определяющей потенциал пространства Vs и соответствующую ему плотность электронного тока насыщения на зонду jes, функцию распределения электронов плазмы по энергиям (ФРЭЭ), температуру Те и концентрацию ne электронов плазмы. Зонд, названный как основной зонд-1, устанавливают так, чтобы при его перемещениях в плазме длина его защитного экрана изменялась от максимальной величины до нуля в особой точке, в которую можно ввести вспомогательный зонд-2 такого же типа, иного расположения в плазме и с некоторой длиной его защитного экрана. Зондом-1 измеряют параметры плазмы в ряде требуемых позиций, включающих указанную особую точку, а зондом-2 измеряют параметры плазмы только в особой точке. Во всех измерительных точках по найденным параметрам плазмы определяют отклонения ФРЭЭ от максвелловской функции в форме обозначаемых через RM отношений измеренных jes и расчетных величин максвелловской плотности электронного тока насыщения jesM=(1/4)ene(8eTe/πme)1/2, где е - элементарный заряд, π - число «пи», me - масса электрона, а Те выражена в Вольтах, в особой точке определяют отношения измеренных обоими зондами параметров плазмы в зависимости от RM2 для зонда-2 в виде функций (x2/x1)=ƒ(RM2), где x=Te, ne, Vs или jes - параметры плазмы, а x2 и х1 - параметры плазмы, полученные зондом-2 и зондом-1, соответственно, и отмечают максимальную величину RM1m для зонда-1 в особой точке, соответствующей отношению (x2/x1)=1, для каждого зондового параметра набор точек (x2/x1), зависящих от RM2, и точку (х2/х1)=1 с RM=RM1m линейно аппроксимируют в координатах [(х2/x1), RM] для получения универсальных зависимостей (x2/x1)=ƒ(RM), которые при совместном рассмотрении с пространственными распределениями RM1 позволяют ликвидировать промежуточную переменную RM и получить пространственные распределения поправочных множителей (х2/x1), которые обеспечивают подъем результатов зондовых измерений, заниженных влиянием защитного экрана зонда-1 под воздействием того же физического эффекта в защитном экране зонда-2 в особой точке.The claimed technical result is achieved by the fact that they implement a method for plasma diagnostics using Langmuir probes with leads protected by uninsulated screens from the outside, by registering the probe 1 volt-ampere characteristics at each measuring point and processing them, which determines the space potential V s and its corresponding the density of the saturation electron current on the probe j es , the plasma electron energy distribution function (EEDF), temperature T e, and plasma electron concentration n e . The probe, named as the main probe-1, is installed so that when it moves in the plasma, the length of its protective shield changes from the maximum value to zero at a particular point where you can enter the auxiliary probe-2 of the same type, of a different location in the plasma and some length of his protective shield. Probe-1 measures the plasma parameters in a number of required positions, including the indicated singular point, and probe-2 measures the plasma parameters only at the singular point. In all measuring points found on plasma parameters determined deviation function EEDF by Maxwell in the form denoted by R M relationship j es measured and calculated values Maxwellian electron density j esM = (1/4) of the saturation current en e (8eT e / πm e ) 1 / 2, where e - elementary charge, π - number "pi», m e - mass of the electron, and T e is expressed in volts, at a singular point determined ratio measured both probes plasma parameters depending on R M2 for the probe 2 in the form of functions (x 2 / x 1 ) = ƒ (R M2 ), where x = T e , n e , V s or j es are the plasma parameters, and x 2 and x 1 are the param plasma measurements obtained by probe-2 and probe-1, respectively, and mark the maximum value of R M1m for probe-1 at a singular point corresponding to the ratio (x 2 / x 1 ) = 1, for each probe parameter a set of points (x 2 / x 1 ) depending on R M2 , and the point (x 2 / x 1 ) = 1 with R M = R M1m is linearly approximated in the coordinates [(x 2 / x 1 ), R M ] to obtain universal dependences (x 2 / x 1) = ƒ (R M), which, when considered together with the spatial distributions of R M1 allows to eliminate intermediate variable R M and the receive spatial distribution of the set of correction Ithel (x 2 / x 1), which provide a rise of probe measurements, the influence of under-probe-1 under the influence of the shield of the same physical effect in the probe protective screen 2 at a singular point.

Заявленный технический результат достигается также тем, что используют устройство для проведения диагностики плазмы зондами Ленгмюра с выводами, защищенными неизолированными снаружи экранами, содержащее вакуумную камеру со средствами генерации в ней плазмы и введенный в нее подвижный основной зонд-1 Ленгмюра с неизолированным экраном, при этом в измерительных позициях зонда-1 в плазме предусматривают особую точку, соответствующей положению зонада 1, в котором его экран выведен из плазмы, а в некотором другом месте данной вакуумной камеры установлен подвижный зонд-2 для измерения сравнительных параметров плазмы в той же особой точке при наличии контакта его защитного экрана с плазмой.The claimed technical result is also achieved by the fact that they use a device for conducting plasma diagnostics with Langmuir probes with leads protected by uninsulated screens from the outside, containing a vacuum chamber with means for generating plasma in it and a movable Langmuir main probe-1 with an uninsulated screen inserted into it, while the measuring positions of the probe-1 in the plasma provide a special point corresponding to the position of the probe 1, in which its screen is removed from the plasma, and in some other place this vacuum chamber A movable probe-2 was installed to measure the comparative plasma parameters at the same singular point in the presence of the contact of its protective screen with the plasma.

На фиг. 1 приведена схема заявленного устройства, содержащего основной зонд-1 (1) и зонд-2 (2) с измерительными отрезками тонкой металлической нити и зондодержателями с неизолированными снаружи металлическими защитными экранами; эти зонды введены с помощью подвижных уплотнений в вакуумную камеру 3, которая оснащена средствами для возбуждения в ней индукционного разряда: индуктором 4, подключаемым к линии ВЧ электропитания, ферритовым сердечником 5 и разделительной диэлектрической пластиной 6, а также системой 7 подачи в камеру 1 рабочего газа. Зонд-1 установлен с возможностью регистрации радиального распределения параметров плазмы от осевой позиции А (r=0 мм) до особой точки Б (r=60 мм) вблизи стенки камеры 1, где защитный экран зонда-1 выведен из контакта с плазмой. Зонд-2, например, Г-образной формы, установлен так, чтобы после вывода зонда-1 из особой точки Б имелась возможность ввода его в эту точку и проведения в ней регистрации тех же параметров плазмы.In FIG. 1 is a diagram of the claimed device containing the main probe-1 (1) and probe-2 (2) with measuring segments of a thin metal thread and probe holders with uninsulated metal protective screens; these probes are introduced using movable seals into a vacuum chamber 3, which is equipped with means for exciting an induction discharge in it: an inductor 4 connected to the RF power line, a ferrite core 5 and a dielectric separation plate 6, and also a system 7 for supplying working gas to the chamber 1 . Probe-1 is installed with the possibility of detecting the radial distribution of plasma parameters from the axial position A (r = 0 mm) to the specific point B (r = 60 mm) near the wall of chamber 1, where the protective shield of probe-1 is brought out of contact with the plasma. Probe-2, for example, of a L-shaped form, is installed so that after the probe-1 is removed from the special point B, it is possible to enter it at this point and register the same plasma parameters in it.

Работает данное устройство следующим образом. Проводят откачку вакуумной камеры 1 до достижения предельного вакуума (порядка 10-6 мм рт.ст. и глубже), включают подачу рабочего газа в камеру 1 и ВЧ электропитания в индуктор 4, инициируется индукционный разряд в камере впрыском в нее потока электронов или стартовым импульсом подачи в нее рабочего газа, разряд выводится на требуемый режим и далее проводятся зондовые измерения параметров плазмы.This device works as follows. The vacuum chamber 1 is pumped out to reach the ultimate vacuum (of the order of 10 -6 mm Hg and deeper), the working gas is supplied to the chamber 1 and the RF power supply to the inductor 4, an induction discharge is initiated in the chamber by injection of an electron flow into it or a start pulse supplying working gas to it, the discharge is output to the required mode, and then probe measurements of plasma parameters are carried out.

В качестве примера приведем результаты измерений радиальных распределений параметров индукционной плазмы ксенона, измеренных прямым, радиально подвижным основным зондом-1 при давлении р=2⋅10-3 мм рт.ст. и падающей ВЧ мощности генератора Pin=50÷200 Вт [4]. Зонд-1 перемещался по радиусу среднего сечения газоразрядного пространства в диапазоне r=0÷60 мм, соответствовавшем длинам зондового экрана

Figure 00000001
=56÷0 мм. Таким образом, позиция r=60 мм явилась особой точкой Б, где защитный экран-1 был выведен из плазмы. При тех же режимах разряда в особую точку Б был введен вспомогательный зонд-2 Г-образной формы, у которого в этой позиции защитный экран был достаточно длинным, как это видно на фиг. 1. В результате его показания оказались заниженными согласно фиг. 2. Были вычислены радиальные распределения отклонений ФРЭЭ от функции Максвелла RM1(r), представленные на фиг. 3. Оказалось, что при разных уровнях мощности ВЧ генератора (ВЧГ) зависимости RM1(r) линейно возрастали по мере уменьшения длины экрана зонда-1, достигнув предельной величины RM1m≈0,87 в особой точке Б (r=60 мм,
Figure 00000001
=0) при отсутствии его защитного экрана. Дальнейший анализ этих зависимостей удобно проводить, представив их в аналитической форме:As an example, the measurement results of radial distributions of the induction plasma xenon parameters measured directly, radially movable main probe-1 at a pressure p = 2⋅10 -3 mmHg and incident RF power of the generator P in = 50 ÷ 200 W [4]. Probe-1 moved along the radius of the middle section of the gas discharge space in the range r = 0 ÷ 60 mm, corresponding to the lengths of the probe screen
Figure 00000001
= 56 ÷ 0 mm. Thus, the position r = 60 mm was a special point B, where the protective shield-1 was removed from the plasma. Under the same discharge conditions, an auxiliary L-shaped probe-2 was introduced at a special point B, in which the protective shield was long enough at this position, as can be seen in FIG. 1. As a result, his testimony was underestimated according to FIG. 2. The radial distribution of the EEDF deviations from the Maxwell function R M1 (r) shown in FIG. 3. It turned out that at different power levels of the RF generator (VCH), the dependences R M1 (r) increased linearly with decreasing probe-1 screen length, reaching the limiting value of R M1m ≈0.87 at the specific point B (r = 60 mm,
Figure 00000001
= 0) in the absence of its protective screen. It is convenient to carry out a further analysis of these dependencies by presenting them in an analytical form:

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Величины RM2 в особой точке Б (r=60 мм) регистрировались при различных уровнях мощности ВЧГ. Соответствовавшие им отношения параметров плазмы (x2/x1) для Те, ne, Vs и jes в виде зависимостей от RM2 вместе результатом измерений зондом-1 в особой точке Б, r=60 мм, где при отсутствии его защитного экрана отношение (х2/x1)=1 соответствовало общему для всех мощностей ВЧГ максимальному параметру RM1m=0,87, представлены на фиг. 4. Здесь группы точек для различных свойств плазмы, измеренных зондом-2, были линейно аппроксимированы с общей особой точкой [(х2/х1)=1, RM1m=0,87]. Эти зависимости определили универсальные функции (x2/x1)=ƒ(RM), охарактеризовавшие связи между поправочными множителями (x2/x1) и отклонением ФРЭЭ от функции Максвелла RM. Их аналитическая форма представлена выражениямиThe values of R M2 at the specific point B (r = 60 mm) were recorded at various power levels of the VCHG. The corresponding ratios of plasma parameters (x 2 / x 1 ) for T e , n e , V s and j es in the form of dependences on R M2 together with measurements by probe-1 at the specific point B, r = 60 mm, where in the absence of it the ratio of the protective screen (x 2 / x 1 ) = 1 corresponded to the maximum parameter R M1m = 0.87 common for all the capacities of the ICF , as shown in FIG. 4. Here, the groups of points for various plasma properties measured by probe-2 were linearly approximated with a common singular point [(x 2 / x 1 ) = 1, R M1m = 0.87]. These dependencies determined the universal functions (x 2 / x 1 ) = ƒ (R M ), which characterize the relationships between the correction factors (x 2 / x 1 ) and the deviation of the EEDF from the Maxwell function R M. Their analytical form is represented by expressions

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

Далее в качестве примера показываем внесение поправок в результаты измерений Те1(r) зондом-1 [4], которые могут быть сделаны для любых других параметров плазмы. Более того, если зондом-2 также были бы зарегистрированы распределения параметров плазмы под влиянием его защитного экрана, то и эти зависимости тоже можно было поправить таким же методом при наличии такой необходимости.Further, as an example, we show the correction of the results of measurements of T e1 (r) by probe-1 [4], which can be made for any other plasma parameters. Moreover, if probe-2 would also record the distribution of plasma parameters under the influence of its protective shield, then these dependences could also be corrected by the same method if there was such a need.

Для внесения поправок в измерения Те1(r) необходимо универсальную зависимость (5) для поправок Те рассмотреть совместно с функциями (1)-(4) с целью исключения промежуточного параметра RM. В данном случае функция (5) была введена в каждое из выражений (1)-(4), которые приобрели следующий вид:To make corrections in the measurements of Т е1 (r), it is necessary to consider the universal dependence (5) for corrections Т е together with functions (1) - (4) in order to eliminate the intermediate parameter R M. In this case, function (5) was introduced into each of the expressions (1) - (4), which acquired the following form:

Figure 00000010
Figure 00000010

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

Figure 00000013
Figure 00000013

В графической форме они представлены на фиг. 5. Видно, что максимальные поправки к измерениям Те соответствуют осевой позиции r=0 зонда-1, где они достигли 7%. Отметим, что для ne этот предел составил 14%, для Vs - 20%, и для jes - 28%.In graphical form, they are shown in FIG. 5. It is seen that the maximum corrections to the measurements of T e correspond to the axial position r = 0 of the probe-1, where they reached 7%. Note that for n e this limit was 14%, for V s - 20%, and for j es - 28%.

Для внесения найденных таким образом поправок нужно каждую измерительную точку, полученную под влиянием неизолированного защитного экрана зонда-1, разделить на соответствующую точку зависимостей (х2/х1)(r) типа функций (9)-(12). Для температуры электронов Те результаты данной операции представлены на фиг. 6, где исходные распределения Те(r) показаны пунктирными линиями, а поправленные - сплошными линиями. Такие же поправки можно внести в радиальные распределения концентрации электронов ne(r), потенциала пространства Vf(r) и плотности электронного тока насыщения jes(r), опубликованные в работе [4].To make corrections found in this way, each measuring point obtained under the influence of the uninsulated protective shield of probe-1 must be divided into the corresponding dependence point (x 2 / x 1 ) (r) of the type of functions (9) - (12). For the electron temperature T e of the operation shown in FIG. 6 wherein the initial distribution of T e (r) are shown by dotted lines, and as amended by - solid lines. The same corrections can be made to the radial distributions of the electron density n e (r), the space potential V f (r), and the saturation electron current density j es (r), published in [4].

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки на изобретениеSources of information taken into account when drawing up an application for an invention

1. Е. Eser, R.Е. Ogilvie, K.A. Taylor, Plasma characterization in sputtering processes using the Langmuir probe technique, Thin Solid Films, 1980, v. 68, No. 2, p. 381-392.1. E. Eser, R.E. Ogilvie, K.A. Taylor, Plasma characterization in sputtering processes using the Langmuir probe technique, Thin Solid Films, 1980, v. 68, No. 2, p. 381-392.

2. A. Rousseau, E. Teboul, N. Lang, M. Hannemann, J. Ropcke, Journal of Applied Physics, 2002, v. 92, No. 7, p. 3463-3471.2. A. Rousseau, E. Teboul, N. Lang, M. Hannemann, J. Ropcke, Journal of Applied Physics, 2002, v. 92, No. 7, p. 3463-3471.

3. Булаева M.H. и др., Повышение точности зондовой диагностики плазмы, Вестник Казанского технологического университета, 2012, т. 15, №18, с. 69-73.3. Bulaeva M.H. et al., Improving the accuracy of probe plasma diagnostics, Bulletin of Kazan Technological University, 2012, v. 15, No. 18, p. 69-73.

4. Рябый В.А., Машеров П.Е., Интегральная и локальная диагностика модели энергоэффективного ВЧ источника ионного пучка, Труды РАН. Энергетика, 2016, №2, с. 46-57.4. Ryaby V.A., Masherov P.E., Integral and local diagnostics of the model of energy-efficient RF source of ion beam, Transactions of the Russian Academy of Sciences. Energy, 2016, No. 2, p. 46-57.

Claims (2)

1. Способ диагностики плазмы с использованием зондов Ленгмюра с выводами, защищенными неизолированными снаружи экранами, путем регистрации в каждой измерительной точке зондовых вольт-амперных характеристик и их обработки, определяющей потенциал пространства Vs и соответствующую ему плотность электронного тока насыщения на зонд jes, функцию распределения электронов плазмы по энергиям (ФРЭЭ), температуру Tе и концентрацию nе электронов плазмы, отличающийся тем, что один из зондов Ленгмюра, представляющий собой измерительный основной зонд-1, устанавливают так, чтобы при его перемещениях в плазме длина его защитного экрана изменялась от максимальной величины до нуля в особой точке, в которую вводят вспомогательный зонд-2 такого же типа, иного расположения в плазме и с некоторой длиной его защитного экрана, измеряют зондом-1 параметры плазмы, по крайней мере, в двух измерительных точках, включающих указанную особую точку, а зондом-2 измеряют параметры плазмы только в особой точке, после чего для всех измерительных точек с использованием найденных параметров плазмы определяют обозначаемые через RM отклонения ФРЭЭ от максвелловской функции в форме отношений измеренных jes и расчетных величин максвелловской плотности электронного тока насыщения jesM=(1/4)ene(8eTe/πme)1/2, где е - элементарный заряд, π - число «пи», mе - масса электрона, а Tе выражена в вольтах, в особой точке определяют отношения измеренных обоими зондами параметров плазмы в зависимости от RM2 для зонда-2 в виде функций (x2/x1)=ƒ(RM2), где х=Те, nе, Vs или jes - параметры плазмы, а x2 и x1 - параметры плазмы, полученные зондом-2 и зондом-1 соответственно, и отмечают максимальную величину RM1m для зонда-1 в особой точке, соответствующей отношению (х2/х1)=1, для каждого зондового параметра набор точек (x2/x1)=ƒ(RM2) и точку (x2/x1)=1, RM=RM1m линейно аппроксимируют в координатах [(x2/x1), RM] для получения универсальных зависимостей (x2/x1)=ƒ(RM), которые при совместном рассмотрении с пространственными распределениями RM1 позволяют ликвидировать промежуточную переменную RM и получить пространственные распределения поправочных множителей (x2/x1), которые обеспечивают подъем результатов зондовых измерений, заниженных влиянием защитного экрана зонда-1 под воздействием того же физического эффекта в защитном экране зонда-2 в особой точке.1. A method for plasma diagnostics using Langmuir probes with leads protected by uninsulated screens outside, by registering probe current-voltage characteristics at each measuring point and processing them, which determines the space potential V s and the corresponding density of the saturation electron current per probe j es , function distribution of the plasma electrons (EEDF), the temperature T e and n e of the plasma concentration of electrons, characterized in that one of the Langmuir probe, which is a main measuring zones d-1, is set so that when it moves in the plasma, the length of its protective shield changes from the maximum value to zero at a particular point at which an auxiliary probe-2 of the same type, a different location in the plasma and with a certain length of its protective shield is introduced, probe-1 measures the plasma parameters in at least two measuring points that include the specified singular point, and probe-2 measures the plasma parameters only at the singular point, after which for all measuring points using the found plasma parameters boznachaemye through R M deflection function EEDF by Maxwell in the form of relations j es measured and calculated values Maxwellian electron density j esM = (1/4) of the saturation current en e (8eT e / πm e ) 1/2, where e - elementary charge, π is the number of pi, m e is the mass of the electron, and T e is expressed in volts, at a particular point determine the ratio of the plasma parameters measured by both probes depending on R M2 for probe-2 in the form of functions (x 2 / x 1 ) = ƒ (R M2 ), where x = T e , n e , V s or j es are the plasma parameters, and x 2 and x 1 are the plasma parameters obtained by probe-2 and probe-1, respectively, and mark the maximum value of R M1m for probe-1 at a singular point corresponding to the ratio (x 2 / x 1 ) = 1, for each probe parameter, the set of points (x 2 / x 1 ) = ƒ (R M2 ) and the point (x 2 / x 1 ) = 1, R M = R M1m is linearly approximated in the coordinates [(x 2 / x 1 ), R M ] to obtain universal dependences (x 2 / x 1 ) = ƒ (R M ), which, when combined with spatial R M1 distributions allow to eliminate intermediate variable R M and the receive spatial distribution correction factors (x 2 / x 1), which provide results lifting probe measurements, low x-1 probe influence the shield exposed to the same physical effect in the probe protective screen 2 at a singular point. 2. Устройство для проведения диагностики плазмы с использованием зондов Ленгмюра с выводами, защищенными неизолированными снаружи экранами, содержащее вакуумную камеру со средствами генерации в ней плазмы и введенный в нее подвижный зонд-1 Ленгмюра с неизолированным экраном, отличающееся тем, что зонд-1 размещен с возможностью регистрации параметров плазмы в нескольких измерительных точках, включая особую точку, в которой его экран выведен из плазмы, при этом в вакуумной камере дополнительно расположен вспомогательный подвижный зонд-2, размещенный с возможностью измерения сравнительных параметров плазмы в той же особой точке при наличии контакта с плазмой его защитного экрана.2. A device for conducting plasma diagnostics using Langmuir probes with leads protected by uninsulated screens outside, containing a vacuum chamber with means for generating plasma in it and a movable Langmuir probe-1 with an uninsulated screen inserted into it, characterized in that the probe-1 is placed with the possibility of registering plasma parameters at several measuring points, including a special point at which its screen is removed from the plasma, while an auxiliary movable probe-2 is additionally located in the vacuum chamber, azmeschenny to measure the comparative plasma parameters at the same particular point in the presence of its contact with the plasma shield.
RU2017139277A 2017-11-13 2017-11-13 Method of plasma diagnostics by langmuir probes with leads protected by non-insulated screens and device therefor RU2671948C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017139277A RU2671948C1 (en) 2017-11-13 2017-11-13 Method of plasma diagnostics by langmuir probes with leads protected by non-insulated screens and device therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017139277A RU2671948C1 (en) 2017-11-13 2017-11-13 Method of plasma diagnostics by langmuir probes with leads protected by non-insulated screens and device therefor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2671948C1 true RU2671948C1 (en) 2018-11-08

Family

ID=64103317

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017139277A RU2671948C1 (en) 2017-11-13 2017-11-13 Method of plasma diagnostics by langmuir probes with leads protected by non-insulated screens and device therefor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2671948C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114245554A (en) * 2021-12-03 2022-03-25 北京东方计量测试研究所 Plasma thruster plume parameter multipoint measuring device and measuring method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110309823A1 (en) * 2010-05-05 2011-12-22 Ysi Incorporated Replaceable Probe Head Having An Operational Amplifier
RU2503158C1 (en) * 2012-08-01 2013-12-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method for probe diagnosis of plasma and apparatus for realising said method
CN104677945A (en) * 2013-12-02 2015-06-03 中国科学院空间科学与应用研究中心 Langmuir probe sensor used on sounding rocket

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110309823A1 (en) * 2010-05-05 2011-12-22 Ysi Incorporated Replaceable Probe Head Having An Operational Amplifier
RU2503158C1 (en) * 2012-08-01 2013-12-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method for probe diagnosis of plasma and apparatus for realising said method
CN104677945A (en) * 2013-12-02 2015-06-03 中国科学院空间科学与应用研究中心 Langmuir probe sensor used on sounding rocket

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114245554A (en) * 2021-12-03 2022-03-25 北京东方计量测试研究所 Plasma thruster plume parameter multipoint measuring device and measuring method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Godyak et al. Probe measurements of electron-energy distributions in plasmas: what can we measure and how can we achieve reliable results?
Liu et al. Heating mode transition in capacitively coupled CF4 discharges: comparison of experiments with simulations
Andreev et al. The Langmuir probe measurements in a low-pressure discharge supported by hollow cathode using the combined periodic and noise sweep signals
Dünnbier et al. Stability and excitation dynamics of an argon micro-scaled atmospheric pressure plasma jet
RU2671948C1 (en) Method of plasma diagnostics by langmuir probes with leads protected by non-insulated screens and device therefor
Annaratone et al. On the use of double probes in RF discharges
Su et al. Radially-dependent ignition process of a pulsed capacitively coupled RF argon plasma over 300 mm-diameter electrodes: multi-fold experimental diagnostics
CN109031166B (en) Magnetic probe device
KR20120041427A (en) Plasma diagnostic apparatus and control method the same
Guo et al. Time-resolved current and voltage measurements on a pulsed rf inductively coupled plasma
Naz et al. Development of simple designs of multitip probe diagnostic systems for RF plasma characterization
Hansen et al. Computer controlled probe diagnostic system and applications in a magnetized laboratory plasma
Marić et al. Space–time development of low-pressure gas breakdown
Rauner et al. Investigation of the RF efficiency of inductively coupled hydrogen plasmas at 1 MHz
Crawford Frequency Spectra of Low‐Frequency Fluctuations in a Plasma
Schwab et al. Reignition Voltage in a High‐Pressure rf Discharge
Graham et al. Electrical and optical characterisation of capacitively and inductively coupled GEC reference cells
CN108333424B (en) Detection system and method for power supply energy of DBD reactor excited by high-voltage power supply in PDM working mode
Jacquier et al. A double-ended helicon source to symmetrize RAID plasma
RU2642493C1 (en) Method of local diagnostics of maxwell's plasma by single langmuir probe
Kralkina et al. The impact of the Ramsauer effect on the frequency of elastic collisions in inductive RF discharges in inert gases
Wang et al. On $\Omega $ Mode in Radio-Frequency Atmospheric Discharges Controlled by Dielectric Barriers
Ponomarev et al. Probe Measurements in Tubular Plasma Source for Plasma Relativistic Microwave Amplifier
Riaby et al. RF plasma probe diagnostics: a method for eliminating measurement errors for Langmuir probes with bare protective shields
RU2556298C2 (en) Plasma potential measurement method