Wir bieten ein Schritt-für-Schritt-Protokoll zur Herstellung von Langmuir-Sonden und Emissionssonden unter Verwendung von leicht verfügbarem Labormaterial für Forscher, die selbst bauen möchten. Die Verwendung von leicht verfügbarem Material im Labor macht es billiger und einfacher, elektrostatische Sonden für die Plasmadiagnostik zu bauen und zu warten, und macht das System anpassungsfähiger an verschiedene Laborumgebungen. Die in unserem Bauprotokoll verwendete Vakuumschnittstelle kann auch als Durchgangsmethode für andere Niederdruckgeräte verwendet werden.
Bei der Durchführung dieses Protokolls können die Überprüfung des elektrischen Durchgangs, das Aushärten der Keramikpaste und das Management der Zerbrechlichkeit der Sonde zunächst eine Herausforderung darstellen. Beginnen Sie mit der Konstruktion der Langmuire-Sonden. Nehmen Sie ein Edelstahlrohr mit einem Durchmesser von einem Viertelzoll als Sondenschaft.
Schneiden Sie das Rohr so ab, dass die Sonde axial mehr als die Hälfte der Kammerlänge abdecken kann. Montieren Sie die gebogene Seite der Welle durch ein Messingrohr mit einem SS-4-UT-A-8-Adapter in Kombination mit einer B-810-6 Union-Rohrverschraubung. Verwenden Sie ein halbes Zoll Messingrohr, das über eine B-810-1 OR Swagelok-Schnittstelle aus den kundenspezifischen Flanschen herausragt, um die Sondenwelle axial zu stützen.
Verbinden Sie das gebogene Ende der Sondenwelle über eine B-400-1 OR Swagelok-Armatur mit dem BNC-Gehäuse. Stecken Sie den goldbeschichteten Nickeldraht durch zwei Aluminiumoxidrohre mit einer Bohrung und passen Sie das dickere Rohr in den Sondenschaft. Schweißen Sie ein Ende des goldbeschichteten Nickeldrahtes auf ein Stück abisolierten Drahtes, der am Ende der Sondenwelle auf den Stift der BNC-Durchführung aufgesättet wird.
Schneiden Sie dann den goldbeschichteten Draht so ab, dass die Verbindung mit dem abisolierten Draht in das Aluminiumoxidrohr passt, um einen Kurzschluss mit der Sondenwelle zu vermeiden. Stanzen Sie durch ein Tantalblech, um eine Langmuir-Sondenspitze mit einem Viertelzoll herzustellen, und schweißen Sie das andere Ende des goldbeschichteten Nickeldrahtes an die Kante der Spitze, wobei Sie die Sondenspitze senkrecht zur Achse der Begrenzungsplatte einstellen. Positionieren Sie die Sondenspitze leicht nach vorne, damit der Sondenkörper die Begrenzungsplatte nicht berührt, während Messungen im Inneren des Mantels durchgeführt werden.
Versiegeln Sie alle Verbindungen mit Keramikpaste, um die Komponenten des Sondenkreises vom Plasma zu isolieren, und backen Sie die Keramikverbindungen mit einem Wärmeableiter fünf bis 10 Minuten lang. Verwenden Sie ein Multimeter, um den Widerstand zwischen der Tastspitze und dem BNC-Anschluss zu messen. Wenn die Kontinuität nachgewiesen ist, kann die Sonde in die Vakuumkammer eingesetzt werden.
Um eine zylindrische Admissivsonde zu bauen, befolgen Sie das zuvor beschriebene Verfahren mit Ausnahme der Verwendung eines Aluminiumrohrs mit einem Achtelzoll und zwei Bohrungen anstelle eines Aluminiumrohrs mit einer Bohrung. Schneiden Sie den Wolframdraht mit einem Durchmesser von 0,025 Millimetern auf etwa einen Zentimeter und schweißen Sie das Wolframfilament auf goldbeschichtete Drähte. Versiegeln Sie Alt-Verbindungen mit Keramikpaste und achten Sie darauf, dass die Paste nicht auf das Wolframfilament gelangt.
Überprüfen Sie den Durchgang zwischen den beiden BNC-Enden. Schalten Sie das Ionenmessgerät ein, um den Basisdruck zu überprüfen, bevor Sie Gas in die Kammer einfüllen. Andernfalls prüfen Sie, ob das System undicht ist.
Verwenden Sie den Stift, um das Baratron-Display zu kalibrieren, bis die Zahl innerhalb von plus oder minus 0,01 Millitorr schwebt. Stellen Sie sicher, dass sich das Nadelventil in einer geschlossenen Position befindet. Öffnen Sie dann das Absperrventil und prüfen Sie, ob sich der Baratron-Messwert nicht ändert.
Drehen Sie langsam den Knopf des Nadelventils, um das Gas in die Kammer abzulassen, bis der erforderliche Druck erreicht ist. Schalten Sie die Spannungsversorgung ein und stellen Sie die Spannung auf minus 60 Volt ein, um genügend Elektronenenergie für den maximalen Ionisationsquerschnitt der Argonnen bereitzustellen. Schalten Sie dann die Heizstromversorgung für die Filamente ein und stellen Sie den Pegel langsam ein, bis der Entladestrom den gewünschten Wert anzeigt.
Schließen Sie die Spannungsversorgung an die Begrenzungsplatte an und stellen Sie die Vorspannung auf den gewünschten Pegel ein. Fahren Sie dann mit der Messung fort. Schließen Sie die Sonde an den Datenerfassungs- und Steuerstromkreis an und fahren Sie fort, die an die Sonde angelegte Spannung zu sweepen, während Sie gleichzeitig den von der Sonde aufgenommenen Strom messen.
Speichern Sie die Stromspannungsspur. Wiederholen Sie die Datenerfassung mit den admissiven Sonden, der Datenerfassung und dem Steuerkreis. Langmuir-Sonden wurden in vier verschiedenen Konfigurationen gebaut und als LPJ bezeichnet, wobei J eine ganze Zahl von eins bis vier war.
Zu den Sondendesigns gehörten die zylindrische Langmuir-Sonde LP eins, die doppelseitige Langmuir-Sonde LP zwei, die Hobel-Langmuir-Sonde LP drei, bei der die der Grenzplatte zugewandte Seite mit Keramikpaste versiegelt war, und die planare Langmuir-Sonde LP vier, bei der die von der Grenzplatte abgewandte Seite mit Keramikpaste bedeckt war. Der Vergleich zwischen Langmuir-Sonde und einer Fehlsonde Potentialmessungen ist hier dargestellt. Alle vier Langmuir-Sondentypen wurden mit einer Messsonde verglichen, um festzustellen, wie gut sie Plasmapotentiale in der Nähe von Plasmagrenzen, insbesondere im Bereich vor der Hülle, messen.
Verschiedene Sondendesigns wurden getestet, um festzustellen, ob die Art und Weise, wie die Langmuir-Sonden zur Messung von Plasmapotentialen verwendet werden, genaue Ergebnisse liefert. Alle Messungen der Langmuir-Sonde wurden mit admissiven Sondenmessungen des Plasmapotentials verglichen. In der Vorhülle unterscheiden sich die gemessenen Plasmapotentiale aller Langmuir-Sonden von denen, die von admissiven Sonden gemessen wurden.
Der Unterschied vergrößert sich mit der Nähe zum Mantelrand und wächst auf einen Wert von vielen Elektronentemperaturen. Plasmaparameter wie Temperatur, Dichte, zu kaufende Längen und Längen der Langmuir-Scheiden, die aus den Messungen von LP zwei im Großteil des Plasmas erhalten wurden, sind hier dargestellt. Diese Parameter helfen dabei, gute Schätzungen der nominalen Manteldicke für planare Langmuir-Sonden zu erstellen.
Um dieses Protokoll erfolgreich durchzuführen, backen Sie beim Trocknen der Keramikpaste alle Luftblasen aus. Und bevor Sie die Sonde in die Vakuumkammer stecken, vergessen Sie nicht, die Durchgangsprüfung zwischen dem Sondenband und dem BNC-Kopf sowie die Installationsprüfung zwischen dem Sondenband und der Sondenwelle durchzuführen. Elektrostatische Sonden werden verwendet, um die Plasmawellen zu detektieren und zu starten, um das Vorhandensein der Plasmainstabilitäten zu messen und die kohärente Struktur im Plasma zu kartieren, wie z. B. Doppelschichten und feste Tonnen.
