Forniamo un protocollo passo-passo su come realizzare sonde Langmuir e sonde emissive utilizzando materiale di laboratorio prontamente disponibile per i ricercatori che vogliono costruire se stessi. L'utilizzo di materiale prontamente disponibile in laboratorio rende più economica e semplice la costruzione e la manutenzione di sonde elettrostatiche per la diagnostica al plasma e rende il sistema più adattabile alle diverse impostazioni di laboratorio. L'interfaccia del vuoto utilizzata nel nostro protocollo di costruzione può essere utilizzata anche come metodo passante per altri dispositivi a bassa pressione.
Quando si esegue questo protocollo, le tecniche di vuoto, il controllo della continuità elettrica, l'indurimento della pasta ceramica e la gestione della fragilità della sonda possono sembrare difficili all'inizio. Inizia costruendo le sonde di Langmuire. Prendi un tubo in acciaio inossidabile del diametro di un quarto di pollice come albero della sonda.
Tagliare il tubo in modo che la sonda possa coprire assialmente più della metà della lunghezza della camera. Montare il lato non piegato dell'albero attraverso un tubo di ottone con un adattatore SS-4-UT-A-8 in combinazione con un raccordo per tubo B-810-6 Union. Utilizzare un tubo di ottone da mezzo pollice che si estende dalle flange personalizzate attraverso un'interfaccia B-810-1 O Swagelok per fornire supporto assiale all'albero della sonda.
Collegare l'estremità non piegata dell'albero della sonda all'alloggiamento BNC tramite un raccordo B-400-1 O Swagelok. Inserire il filo di nichel rivestito in oro attraverso due tubi di allumina a foro singolo, inserendo il tubo più spesso all'interno dell'albero della sonda. Saldare a punti un'estremità del filo di nichel rivestito d'oro su un pezzo di filo spellato, che viene inserito sulla penna del passaggio BNC, all'estremità dell'albero della sonda.
Quindi, tagliare il filo rivestito d'oro in modo che il giunto con il filo spellato si inserisca all'interno del tubo di allumina per evitare cortocircuiti con l'albero della sonda. Perforare un foglio di tantalio per creare una punta della sonda Langmuir da un quarto di pollice e saldare a punti all'altra estremità del filo di nichel rivestito d'oro sul bordo della punta, impostando la punta della sonda normale all'asse della piastra di delimitazione. Posizionare la punta della sonda leggermente in avanti in modo che il corpo della sonda non tocchi la piastra di delimitazione durante l'esecuzione delle misurazioni all'interno della guaina.
Sigillare tutti i giunti con pasta ceramica per isolare i componenti del circuito della sonda dal plasma e utilizzare un addetto al calore per cuocere i giunti in ceramica per 5-10 minuti. Utilizzare un multimetro per misurare la resistenza tra la punta della sonda e il connettore BNC. Se viene dimostrata la continuità, la sonda è pronta per essere inserita nella camera a vuoto.
Per costruire una sonda ammisiva cilindrica, seguire la procedura precedentemente descritta ad eccezione dell'utilizzo di un tubo di alluminio a due fori da un ottavo di pollice invece di uno a foro singolo. Tagliare il filo di tungsteno da 0,025 millimetri di diametro a circa un centimetro e saldare a punti il filamento di tungsteno su fili rivestiti d'oro. Sigillare i giunti alterni con pasta ceramica, assicurandosi che la pasta non penetri sul filamento di tungsteno.
Controllare la continuità tra le due estremità BNC. Accendere il manometro ionico per controllare la pressione di base prima di immettere il gas nella camera. In caso contrario, verificare la presenza di perdite nel sistema.
Utilizzare la penna per calibrare il display baratron fino a quando il numero fluttua all'interno di più o meno 0,01 millitorr. Assicurarsi che la valvola a spillo sia in posizione chiusa. Quindi aprire la valvola di intercettazione e verificare che non vi siano variazioni di pressione sulla lettura baratron.
Ruotare lentamente la manopola della valvola a spillo per rilasciare il gas nella camera fino a raggiungere la pressione richiesta. Accendere l'alimentazione di tensione e impostare la tensione su 60 volt negativi per fornire energia elettronica sufficiente per la massima sezione d'urto di ionizzazione di Argonne. Quindi, accendere l'alimentazione di riscaldamento per i filamenti e regolare lentamente il livello fino a quando la corrente di scarica non legge il valore richiesto.
Collegare l'alimentazione di tensione alla piastra perimetrale e regolare la polarizzazione al livello desiderato. Quindi procedere con la misurazione. Collegare la sonda al circuito di acquisizione e controllo dati e procedere allo sweep della tensione applicata alla sonda misurando contemporaneamente la corrente assorbita dalla sonda.
Salvare la traccia della tensione corrente. Ripetere l'acquisizione dei dati con le sonde missive, l'acquisizione dati e il circuito di controllo. Le sonde di Langmuir sono state costruite in quattro diverse configurazioni e sono state etichettate come LPJ, dove J è un numero intero compreso tra uno e quattro.
I progetti di sonde includevano la sonda cilindrica di Langmuir LP uno, la sonda di Langmuir a doppia faccia, LP due, la sonda Langmuir piallatrice, LP tre, con il lato rivolto verso la piastra di delimitazione sigillata da pasta ceramica, e la sonda di Langmuir planare, LP quattro, con il lato rivolto lontano dalla piastra di confine coperta da pasta ceramica. Il confronto tra la sonda di Langmuir e le misure del potenziale di una sonda missiva è mostrato qui. Tutti e quattro i tipi di sonde di Langmuir sono stati confrontati con le misurazioni di una sonda missiva per determinare quanto bene misurano i potenziali di plasma vicino ai confini del plasma, in particolare nella regione della preguaina.
Sono stati testati diversi tipi di sonde per determinare se il modo in cui le sonde Langmuir vengono utilizzate per misurare i potenziali di plasma fornisce risultati accurati. Tutte le misurazioni della sonda di Langmuir sono state confrontate con le misurazioni della sonda admissiva del potenziale plasmatico. Nella guaina preliminare, tutti i potenziali plasmatici misurati dalla sonda di Langmuir differiscono da quelli misurati dalle sonde admissive.
La differenza si allarga con la vicinanza al bordo della guaina, crescendo fino a un valore di molte temperature dell'elettrone. I parametri del plasma come la temperatura, la densità, le lunghezze da acquistare e le lunghezze della guaina di Langmuir del bambino ottenuti dalle misurazioni di LP due nella maggior parte del plasma sono mostrati qui. Questi parametri aiutano a stabilire buone stime dello spessore nominale della guaina per le sonde Langmuir planari.
Per eseguire correttamente questo protocollo, cuocere tutte le bolle d'aria durante l'asciugatura della pasta ceramica. E prima di inserire la sonda nella camera a vuoto, non dimenticare di eseguire il controllo di continuità tra il nastro della sonda e la testa BNC e anche il controllo dell'installazione tra il nastro della sonda e l'albero della sonda. Le sonde elettrostatiche vengono utilizzate per rilevare e lanciare le onde di plasma per misurare la presenza di instabilità del plasma e per mappare la struttura coerente presente nel plasma, come i doppi strati e le tonnellate solide.
