构建朗缪尔探头和发射探头，用于低压、低温等离子体中的等离子体电位测量

我们提供了关于如何使用现成的实验室材料制作Langmuir探针和发射探针的分步协议，供想要自己建造的研究人员使用。在实验室中使用现成的材料可以更便宜、更轻松地构建和维护用于等离子体诊断的静电探头，并使系统更适应不同的实验室环境。我们的建筑协议中使用的真空接口也可以用作其他低压设备的馈通方法。

在执行该协议真空技术时，电连续性检查、固化陶瓷浆料和管理探头的脆弱性起初似乎具有挑战性。首先构建Langmuire探测器。取四分之一英寸直径的不锈钢管作为探针轴。

切割管子，使探头可以轴向覆盖腔室长度的一半以上。通过 SS-4-UT-A-8 适配器和 B-810-6 活接管接头将轴的未弯曲侧安装在黄铜管上。使用通过 B-810-1 或世伟洛克接口从定制法兰伸出的半英寸黄铜管为探头轴提供轴向支撑。

通过 B-400-1 或世伟洛克接头将探头轴的未弯曲端连接到 BNC 外壳。将镀金镍丝穿过两个单孔氧化铝管，将较粗的管安装在探头轴内。将镀金镍丝的一端点焊到探针末端的一块剥离线上，该线被焊接到BNC馈通笔上。

然后，切割镀金线，使与剥线的接头安装在氧化铝管内，以防止探针轴短路。打穿钽板，制成四分之一英寸的刨光Langmuir探针尖端，然后点焊到镀金镍丝的另一端到尖端的边缘，使探头尖端垂直于边界板的轴线。将探头尖端稍微向前放置，使探头主体在护套内进行测量时不会接触边界板。

用陶瓷浆密封所有接头，将探头电路组件与等离子体隔离开来，然后使用加热器烘烤陶瓷接头 5 到 10 分钟。使用万用表测量探头尖端和 BNC 连接器之间的电阻。如果证明具有连续性，则探头已准备好放入真空室。

要构建圆柱形吸纳探头，请遵循前面描述的程序，但使用八分之一英寸双孔铝管而不是单孔铝管除外。将直径为0.025毫米的钨丝切割至约1厘米，将钨丝点焊到镀金丝上。用陶瓷浆料密封替代接头，确保浆料不会沾到钨丝上。

检查两个 BNC 端之间的连续性。在将气体放入腔室之前，打开离子计检查基本压力。否则，请检查系统中是否有泄漏。

使用触控笔校准 baratron 显示屏，直到数字浮动在正负 0.01 毫托范围内。确保针阀处于关闭位置。然后打开截止阀并检查 baratron 读数上没有压力变化。

慢慢转动针阀的旋钮，将气体释放到腔室中，直到达到所需的压力。打开电压电源，并将电压设置为负 60 伏，为阿贡的最大电离截面提供足够的电子能量。然后，打开灯丝的加热电源并缓慢调节电平，直到放电电流读数达到所需值。

将电压电源连接到边界板，并将偏置调整到所需电平。然后进行测量。将探头连接到数据采集和控制电路，然后继续扫描施加在探头上的电压，同时测量探头消耗的电流。

保存电流电压走线。使用吸纳探头、数据采集和控制电路重复数据采集。Langmuir探针以四种不同的配置构建，并被标记为LPJ，J是1到4的整数。

探头设计包括圆柱形朗缪尔探头LP 1、双面朗缪尔探头LP 二、刨光朗缪尔探头LP 3，其面向由陶瓷浆密封的边界板，以及平面朗缪尔探头，LP 4，其侧面背对被陶瓷浆料覆盖的边界板。朗缪尔探头和发射探头电位测量值之间的比较如下所示。将所有四种Langmuir探针类型与发射探针测量值进行比较，以确定它们测量等离子体边界附近的等离子体电位，特别是在前鞘区域。

测试了不同的探头设计，以确定Langmuir探头用于测量等离子体电位的方式是否能给出准确的结果。将所有Langmuir探针测量值与等离子体电位的接纳探针测量值进行比较。在前护套中，所有Langmuir探针测量的等离子体电位都与吸纳探针测量的等离子体电位不同。

这种差异随着靠近鞘缘而扩大，增长到许多电子温度的值。这里显示了等离子体参数，如温度、密度、购买长度和子朗缪尔护套长度，这些参数是从LP二在大部分等离子体中的测量中获得的。这些参数有助于对平面朗缪尔探头的标称护套厚度进行良好的估计。

为了成功执行此协议，请在干燥陶瓷浆料时烘烤出所有气泡。在将探头放入真空室之前，不要忘记检查探头胶带和BNC头之间的连续性，以及探头胶带和探头轴之间的安装检查。静电探针用于检测和发射等离子体波，以测量等离子体不稳定性的存在，并绘制出等离子体中发现的相干结构，例如双层和固体吨。