АВТОРЫ
СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Войдите в систему

Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

Основная цель этой работы — облегчить исследовательским группам, незнакомым с ленгмюровскими зондами и эмиссионными зондами, их использование для диагностики плазмы, особенно вблизи границ плазмы. Мы делаем это, демонстрируя, как создавать датчики из легкодоступных материалов и расходных материалов.

Аннотация

С момента своего изобретения Ленгмюром в начале 1920-х годов зонды Ленгмюра уже давно используются в экспериментальных исследованиях физики плазмы в качестве основного средства диагностики потоков частиц (т.е. потоков электронов и ионов) и их локальных пространственных концентраций, для измерения температуры электронов и электростатического потенциала плазмы. Для измерения потенциалов плазмы используются эмиссионные зонды. Протоколы, представленные в этой работе, служат для демонстрации того, как эти зонды могут быть построены для использования в вакуумной камере, в которой плазменный разряд может быть ограничен и поддерживаться. Это включает в себя вакуумные методы для создания того, что, по сути, является электрическим проходом, вращающимся и переводимым. Конечно, можно приобрести комплексные системы зондов Ленгмюра, но они также могут быть построены пользователем со значительной экономией средств и в то же время более непосредственно адаптированы к их использованию в конкретном эксперименте. Мы описываем использование ленгмюровских зондов и эмиссионных зондов для картирования электростатического плазменного потенциала от тела плазмы до области оболочки границы плазмы, которая в этих экспериментах создается отрицательно смещенным электродом, погруженным в плазму, с целью сравнения двух методов диагностики и оценки их относительных преимуществ и недостатков. Несмотря на то, что преимущество ленгмюровских зондов заключается в том, что они наиболее точно измеряют плотность плазмы и электронную температуру, излучающие зонды могут более точно измерять электростатические потенциалы плазмы по всей плазме, вплоть до области оболочки включительно.

Введение

В течение этого первого столетия исследований физики плазмы, начиная с открытий Ленгмюром в 1920-х годах среды нового состояния вещества, плазмы, зонд Ленгмюра оказался единственным наиболее важным средством диагностики параметров плазмы. Отчасти это верно из-за его необычайного диапазона применимости1. В плазме, встречаемой спутниками 2,3,4, в экспериментах по обработке полупроводников,5,6,7,8 на краях плазмы, заключенной в токамаках,9,10,11 и в широком спектре экспериментов по физике плазмы, зонды Ленгмюра использовались для измерения плотности плазмы и температур в диапазонах 10 8≤≤1019 м-3 и 10-3≤Тэ≤102эВ  соответственно. Одновременно в 1920-х годах он изобрел зонд, ныне названный в его честь, и излучающий зонд12. В настоящее время эмиссионный зонд в основном используется для диагностики потенциала плазмы. Несмотря на то, что он не может измерить всю широту параметров плазмы, как зонд Ленгмюра, он также является широко используемой диагностикой, когда речь идет об измерении потенциала плазмы, или, как его иногда называют, электростатического потенциала пространства. Например, излучающий зонд может точно измерять космические потенциалы даже в вакууме, где зонды Ленгмюра не способны что-либо измерить.

Базовая настройка зонда Ленгмюра заключается в том, чтобы поместить электрод в плазму и измерить собранный ток. Полученные вольт-амперные характеристики могут быть использованы для интерпретации параметров плазмы, таких как электронная температура Te, электронная плотность ne и плазменный потенциал φ13. Для максвелловской плазмы зависимость между собранным электронным током Ie (принятым как положительный) и зондовым смещением VB может быть выражена как14:

figure-introduction-2364

где Ie0 – ток насыщения электронов,

figure-introduction-2536

где S – собирающая площадь зонда, figure-introduction-2667 – объемная электронная плотность, e – заряд электрона, Te – температура электрона, me – масса электрона. Теоретическая зависимость вольт-амперных характеристик для тока электронов проиллюстрирована двумя способами на рисунке 1А и рисунке 1Б. Заметим, что уравнение (1a,b) применимо только к объемным электронам. Тем не менее, ленгмюровские зондовые токи могут обнаруживать потоки заряженных частиц, и корректировка должна быть произведена в присутствии первичных электронов, электронных пучков, ионных пучков и т. д. Подробнее см. Hershkowitz14 .

В этой статье мы рассмотрим идеальный случай максвелловских функций распределения энергии электронов (EEDF). Конечно, есть много обстоятельств, при которых возникают неидеальности, но они не являются предметом данной работы. Например, в плазменных системах травления и осаждения материалов, как правило, генерируемых и поддерживаемых радиочастотами, используются молекулярные газовые сырье, которые производят летучие химические радикалы в плазме, а также различные виды ионов, включая отрицательно заряженные ионы. Плазма становится электроотрицательной, то есть имеющей значительную долю отрицательного заряда в квазинейтральной плазме в виде отрицательных ионов. В плазме с молекулярными нейтралями и ионами неупругие столкновения между электронами и молекулярными частицами могут приводить к провалам15 в вольт-амперных характеристиках, а присутствие холодных отрицательных ионов, холодных по отношению к электронам, может приводить к значительным искажениям16 в окрестности плазменного потенциала, которые, конечно, не являются максвелловскими характеристиками. Мы продолжили эксперименты в работе, обсуждаемой в этой статье, в плазме разряда постоянного тока с одним ионным видом благородного газа (аргона), свободной от такого рода немаксвелловских эффектов. Тем не менее, в этих разрядах обычно обнаруживается бимаксвелловская ФРЭЭ, вызванная присутствием вторичной электронной эмиссии17 от стенок камеры. Этот компонент более горячих электронов обычно кратен температуре холодных электронов и менее 1% плотности, что обычно легко отличить от объемной электронной плотности и температуры.

По мере того, как VB становится более отрицательным, чем φ, электроны частично отталкиваются отрицательным потенциалом поверхности зонда, и наклон ln(Ie) по отношению к VB равен e/Te, т.е. 1/TэВ , где TэВ – температура электрона в эВ, как показано на рисунке 1B. После определения TэВ плотность плазмы может быть получена как:

figure-introduction-5602

Ионный ток получается иначе, чем электронный. Ионы считаются «холодными» из-за их относительно большой массы, Mi >> me, по сравнению с массой электрона, таким образом, в слабоионизированной плазме ионы находятся в достаточно хорошем тепловом равновесии с атомами нейтрального газа, находящимися при температуре стенки. Ионы отталкиваются оболочкой зонда, если VB ≥ φ , и собираются, если VB < φ. Собранный ионный ток приблизительно постоянен для зондов с отрицательным смещением, в то время как поток электронов к зонду уменьшается при напряжениях смещения зонда, более отрицательных, чем потенциал плазмы. Поскольку ток насыщения электронами намного больше, чем ток насыщения ионов, суммарный ток, собираемый зондом, уменьшается. По мере того, как смещение зонда становится все более отрицательным, падение собираемого тока велико или мало в зависимости от температуры электрона холодной или горячей, как описано выше в уравнении (1а). Уравнение для ионного тока в этом приближении имеет вид:

figure-introduction-6801

где

figure-introduction-6930

и

figure-introduction-7057

Мы отмечаем, что постоянный поток ионов, собираемый зондом, превышает случайный поток тепловых ионов из-за ускорения вдоль оболочки зонда и, таким образом, ионы достигают края оболочки зонда со скоростьюБома 18, uB, а не с тепловой скоростью ионов19. А ионы имеют плотность, равную электронам, так как преоболочка квазинейтральна. Сравнивая ток ионного и электронного насыщения в уравнениях 5 и 2, мы видим, что вклад ионов в ток зонда меньше, чем вклад электронов figure-introduction-7678в раз. В случае аргоновой плазмы этот коэффициент составляет около 108.

Существует резкая точка перехода, когда электронный ток переходит от экспоненциального к постоянному, известная как «колено». Смещение зонда в колене может быть аппроксимировано как плазменный потенциал. В реальном эксперименте это колено никогда не бывает острым, а закругленным из-за эффекта пространственного заряда зонда, то есть расширения оболочки, окружающей зонд, а также из-за загрязнения зонда и шума плазмы13.

Метод зонда Ленгмюра основан на токе сбора, в то время как метод эмиссионного зонда основан на излучении тока. Излучающие зонды не измеряют ни температуру, ни плотность. Вместо этого они обеспечивают точные измерения потенциала плазмы и могут работать в различных ситуациях из-за того, что они нечувствительны к потокам плазмы. Теории и использование эмиссионных зондов подробно обсуждаются в тематическом обзоре Шихана и Гершковица20 и ссылках в нем.

Для плотности плазмы 1011 ≤n e ≤ 1018 м-3 рекомендуется метод точки перегиба в пределе нулевого излучения, который заключается в том, чтобы взять ряд вольт-амперных кривых, каждая из которых имеет различные токи нагрева нити накала, найти напряжение смещения точки перегиба для каждой вольт-амперной дорожки и экстраполировать точки перегиба на предел нулевого излучения, чтобы получить плазменный потенциал, как показано на рисунке 2.

Принято считать, что методы Ленгмюра и эмиссионного зонда согласуются в квазинейтральной плазме, но расходятся в оболочке, области плазмы, контактирующей с границей, в которой появляется пространственный заряд. Исследование фокусируется на потенциале плазмы вблизи границ плазмы, в плазме с низкой температурой и низким давлением, чтобы проверить это распространенное предположение. Для сравнения измерений потенциала с помощью зонда Ленгмюра и эмиссионного зонда потенциал плазмы также определяется путем применения метода точки перегиба к датчику Ленгмюра I-V, как показано на рисунке 3. Принятосчитать1 , что плазменный потенциал находится путем нахождения напряжения смещения зонда, при котором вторая производная от собранного тока дифференцируется по напряжению смещения, figure-introduction-10194то есть пику кривой dI/dV , по отношению к напряжению смещения зонда. На рисунке 3 показано, как находится этот максимум в dI/dV, точка перегиба вольт-амперной характеристики.

Датчики Ленгмюра (собирающие) и эмиссионные (излучающие) имеют различные вольт-амперные характеристики, которые также зависят от геометрии наконечника датчика, как показано на рисунке 4. Эффект пространственного заряда зонда должен быть учтен перед изготовлением зонда. В экспериментах для планарных зондов Ленгмюра мы использовали планарный танталовый диск диаметром 1/4 дюйма. Мы могли бы собирать больше тока и получать более крупные сигналы с большим диском. Однако для того, чтобы можно было применить приведенные выше анализы, площадь зонда Ap должна быть меньше, чем площадь потерь электронов камеры Aw, удовлетворяянеравенству figure-introduction-1126121 . Для цилиндрического зонда Ленгмюра мы использовали вольфрамовую проволоку толщиной 0,025 мм и длиной 1 см для цилиндрического зонда Ленгмюра и такую же толщину для вольфрамовой проволоки для излучающего зонда. Важно отметить, что для цилиндрических ленгмюровских зондов для плазменных параметров этих экспериментов радиус наконечника зонда rp значительно меньше его длины, Lp, и меньше, чем длина Дебая, λD; то есть, figure-introduction-11811, и figure-introduction-11883. В этом диапазоне параметров, применяя теорию Orbital Motion Limited и ее развитие Лафрамбуазомдля случая тепловых электронов и ионов, мы находим, что для напряжений смещения зонда, равных или превышающих плазменный потенциал, собранный электронный ток может быть параметризован функцией figure-introduction-12264вида , где экспонента figure-introduction-12354. Важным моментом здесь является то, что для значений этой экспоненты меньше единицы метод точки перегиба для определения потенциала плазмы, описанный в параграфе выше, применим и к цилиндрическим ленгмюровским зондам.

протокол

1. Создание зондов Ленгмюра и эмиссионных зондов для установки в вакуумную камеру

  1. Планарный зонд Ленгмюра (подробнее см. рис. 5 )
    1. Возьмите трубку из нержавеющей стали диаметром 1/4 дюйма в качестве стержня зонда и согните один конец на желаемый угол 90 °.
    2. Обрежьте отогнутую сторону на длину так, чтобы зонд мог в осевом направлении охватить более половины длины камеры.
    3. Установите разогнутую сторону вала через латунную трубку с помощью адаптера SS-4-UT-A-8 в сочетании с соединительным трубным обжимным фитингом B-810-6.
    4. Используйте латунную трубку диаметром 1/2 дюйма, выходящую из изготовленных по индивидуальному заказу фланцев через интерфейс B-810-1-OR swagelok, чтобы обеспечить осевую опору вала датчика.
    5. Подсоедините разогнутый конец вала пробника к корпусу BNC через фитинг B-400-1-OR swagelok, как показано на рисунке 6.
    6. Вставьте никелевую проволоку с золотым покрытием в две однопроходные трубки из глинозема (диаметром 1/8 дюйма и 3/16 дюйма), а более толстая проволока помещается внутрь вала зонда, как показано на рисунке 7.
    7. Приварите один конец никелевой проволоки с золотым покрытием к куску зачищенной проволоки, который припаян к штифту проходного отверстия BNC на конце вала датчика.
    8. Разрежьте проволоку с золотым покрытием по длине таким образом, чтобы соединение с зачищенной проволокой входило внутрь трубки из глинозема, чтобы предотвратить короткое замыкание с валом зонда.
    9. Пробейте танталовый лист, чтобы получить плоский наконечник зонда Ленгмюра (1/4 дюйма в диаметре)
    10. Приварите другой конец никелевой проволоки с золотым покрытием к краю наконечника зонда и установите наконечник щупа перпендикулярно оси ограничительной пластины.
    11. Расположите наконечник зонда немного вперед, чтобы корпус датчика не касался ограничительной пластины во время проведения измерений внутри оболочки.
    12. Загерметизируйте все соединения керамической пастой (например, цементом Sauereisen Cement No 31), чтобы изолировать компоненты контура зонда от плазмы. С помощью теплового пистолета запекайте керамические швы в течение 5-10 минут.
    13. С помощью мультиметра измерьте сопротивление между наконечником щупа и разъемом BNC. Если проявляется непрерывность, зонд готов к помещению в вакуумную камеру.
  2. Построение цилиндрического излучающего пробника (подробнее см. рис. 8 )
    1. Выполните шаги 1.1.1-1.1.4 и повторите шаги 1.1.5-1.1.7 на одном и том же валу зонда дважды, за исключением использования трубки из глинозема 1/8 дюйма с двумя отверстиями вместо однопроходной.
    2. Отрежьте вольфрамовую проволоку диаметром 0,025 мм примерно до 1 см.
    3. Точечная сварка вольфрамовой нити на проволоку с золотым покрытием.
    4. Загерметизируйте все стыки керамической пастой и следите за тем, чтобы керамическая паста не попала на вольфрамовую нить.
    5. Проверьте непрерывность между двумя концами BNC.

2. Генерация плазмы

  1. Включите ионный манометр, чтобы проверить базовое давление перед подачей газа в камеру. Продолжайте обнуление баратронного манометра, если давление находится в низком диапазоне 10-6 Торр. В противном случае проверьте утечку в системе. Положения игольчатого клапана и запорное значение являются открытыми и закрытыми соответственно.
  2. Используйте пластиковую отвертку для калибровки баратронного дисплея до тех пор, пока число не станет колебаться в пределах ±0,01 мТорр.
  3. Закройте игольчатый клапан так, чтобы он аккуратно сидел в закрытом положении.
  4. Откройте запорный клапан. Убедитесь, что на показаниях баратрона нет изменений давления.
  5. Медленно поворачивайте ручку игольчатого клапана, чтобы выпустить газ в камеру, пока давление не достигнет необходимого для эксперимента. Типичное рабочее давление составляет 10-5 ~ 2 x 10-3 торр. Рабочими газами были аргон, ксенон, криптон, кислород и т.д.
  6. Включите источник питания KEPCO и установите напряжение на -60 Вольт, чтобы обеспечить достаточную энергию электронов для максимального ионизационного сечения аргона. Включите питание нагрева нитей накала и медленно регулируйте уровень до тех пор, пока ток разряда не покажет необходимое значение. Ток разряда имеет тенденцию быстро падать в первые несколько минут. Продолжайте регулировать текущий уровень в течение примерно 30 минут, пока разряд не стабилизируется
  7. Подключите источник напряжения к ограничительной пластине и отрегулируйте смещение до нужного уровня.

3. Снимите мерки

ПРИМЕЧАНИЕ: Вольт-амперные характеристики для датчиков Ленгмюра и эмиссионных зондов регистрируются 16-битной платой сбора данных, управляемой программой Labview. Подробности здесь не представлены, так как у разных пользователей разные предпочтения по сбору данных. Тем не менее, существует протокол использования зондов.

  1. Возьмем линию нагрузки: получите вольт-амперную кривую без какого-либо плазменного разряда в камере со всеми соединениями, выполненными между зондом и его измерительной цепью (см. рис. 9, рис. 10 и рис. 11 для установки UW-Madison и USD).
  2. Зонды Ленгмюра
    1. Очистите наконечник зонда (этот шаг имеет решающее значение, так как чистый зонд имеет более острое «колено», чем грязный зонд), сместив зонд в положительную сторону, чтобы собрать большой электронный ток.
      1. Подайте ток через зонд с переменным источником питания и напряжением 50 Ом на станок для нагрева наконечника, чтобы испарить слой примесей, который сразу же прикрепляется к поверхности зонда в плазме, и увеличить удельное поверхностное сопротивление зонда.
      2. Медленно увеличивайте смещение в положительную сторону, чтобы превзойти плазменный потенциал, позволяя зонду начать получать ток насыщения электронами.
      3. Продолжайте повышать потенциал; Как только вы увидите, что наконечник зонда светится вишнево-красным цветом, зонд чист. Необходимо иметь вид на наконечник зонда в плазме через вакуумный вьюпорт.
      4. Будьте осторожны и бдительны при изменении смещения датчика. Если позволить зонду нагреться слишком сильно, сам наконечник зонда может деформироваться, и могут произойти худшие вещи, например, в наконечнике могут быть отверстия, он может испариться, он может упасть; Провода могут расплавиться и потерять изоляцию и так далее.
      5. Подключите зонд к цепи сбора данных и управления (эта часть будет варьироваться от лаборатории к лаборатории) и приступайте к измерению напряжения, приложенного к датчику, одновременно измеряя ток, потребляемый зондом. Сохраните вольт-амперную трассу.
    2. Подключите зонд к цепи сбора данных и управления (эта часть будет варьироваться от лаборатории к лаборатории) и приступайте к измерению напряжения, приложенного к датчику, одновременно измеряя ток, потребляемый зондом. Сохраните вольт-амперную трассу.
  3. Излучающие зонды
    1. Повторите шаг 3.2.2 с цепью сбора данных и управления излучательным зондом.

4. Анализ данных

  1. Зонды Ленгмюра (см. рис. 12, рис. 13 для получения более подробной информации).
    1. Вычтите линию нагрузки из общей вольт-амперной характеристики.
    2. Подбираем ток насыщения ионами и вычитаем из остальных вольт-амперных характеристик.
    3. Возьмите естественный логарифм тока и постройте его в зависимости от напряжения датчика.
    4. Возьмем линейные аппроксимации переходной области и тока насыщения отдельно.
    5. Возьмем обратный наклон переходной области и получим значение электронной температуры.
    6. Получите плотность плазмы, подставив ток на пересечении, где две подогнанные линии пересекаются друг с другом, в уравнение 3.
    7. Примените метод точки перегиба к трассировке зонда Ленгмюра и определите потенциал плазмы.
  2. Эмиссионный зонд (см. рис. 2).
    1. Повторите шаги 4.1.1-4.1.2 для отдельных вольт-амперных характеристик, затем сгладьте каждую кривую.
    2. Дифференцируйте каждую вольт-амперную кривую и примените соответствующее сглаживание.
    3. Найдите пик каждого сглаженного dI/dV (точка перегиба).
    4. Примените линейную аппроксимацию к точкам перегиба.
    5. Получите плазменный потенциал, находя нулевое пересечение подогнанной линии.

Результаты

Ленгмюровские зонды, которые, как известно, чувствительны к потокам и кинетической энергии частиц, которые они собирают, до сих пор считались достоверными для измерения потенциала плазмы, за исключением оболочек в оболочке. Но прямые сравнения потенциалов плазмы, измеренных ленгмюров?...

Обсуждение

Зонды Ленгмюра используются для измерения потока частиц в чрезвычайно широком диапазоне плотностей и температур плазмы, от космической плазмы, в которой электронная плотность составляет всего несколько частиц10-6-3, до краевой области термоядерной плазмы, где электронная п?...

Раскрытие информации

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

Эта работа была частично профинансирована Министерством энергетики США (DOE) через грант DE-SC00114226 и Национальным научным фондом через гранты PHY-1464741, PHY-1464838, PHY-1804654 и PHY-1804240

Дань уважения Ною Гершковицу:
Ной Гершковиц внес новаторский вклад в физику плазмы, заслужив уважение и восхищение своих коллег и студентов, как ученый, так и человек.  «Физика, — объяснил он однажды, — похожа на пазл, который очень старый. Все детали изношены. Их края перепутаны. Некоторые кусочки были собраны неправильно. Они вроде как подходят, но на самом деле находятся не в тех местах, где нужно. Игра заключается в том, чтобы соединить их вместе правильным образом, чтобы узнать, как устроен мир.  Он умер 13 ноября 2020 года в возрасте 79 лет.

Материалы

NameCompanyCatalog NumberComments
0.001" thick tungsten wireMidwest Tungsten Service0.001"Emissive probe filament
0.005" thick tantalum sheetMidwest Tungsten Service0.005"Heating filament to generate plasma
1/2" Brass supprting tube
1/4" Brass Ferrule SetSwagelokB-400-SETInterface between stainless probe shaft and swagelok tube fitting
1/4" OD 304 or 315 stainless steel tubeSwagelokSS-T4-S-035-20Used to make the probe shaft, order seamless, sold in 20' lengths
Alumina tubesCOORSTEK65655, single bore 0.156" OD 0.094 IDsingle bore, double bore, quadruple bore, use for support structure for both emissive and Langmuir probes between the probe tip and shaft
Baratron gaugeMKSType 127Display the pressure when there's gas flowing in the chamber
Brass Swagelok Tube FittingSwagelokB-400-1-ORTube fittings used on the probe
Brass Swagelok Tube FittingSwagelokB-810-6Tube fittings used on the probe
Brass Swagelok Tube FittingSwagelokB-810-1-ORTube fittings used on the probe
Ceramic liquidSauereisenNo. 31 Ceramic Encapsulant LiquidMix with No.31 cement power to make the ceramic paste
Ceramic powderSauereisenCement Powder No. 31 Off-WhiteThere are Saureisen cements that cure with water, e.g. No.10 Powder
Gold plated nickel wireSYLVANIA ELECTRIC PRODUCTspod-welded to the probe tip to provide supports
Ion gauge controllerGranville-Phillips270 Gauge controllerHeat up the ion gauge and display pressure inside the chamber
Mechanical pumpLeybold D60 D60ACD60 D60ACBring the pressure down to ~10 mTorr then serve as the backing pump for the turbo pump
needle valveWhiteySS-22RS4Metering Micro-Needle Micrometer Valve 1/4" Tube Swagelok fittings
Power supplyKepcoATE 100-10MVoltage Bias supply of heating filament
Power supplySorensenDCR 20-115BHeating supply of heating filament
shutoff valveKurt J. LeskerNupro SS-4BKKnob handle, for 1/4" tubing, swagelok fittings
Stainless Steel Ultra-Torr Vacuum FittingSwagelokSS-4-UT-A-8Tube fittings used on the probe
Teflon coated wireGeyer SystemsP31546Connect the gold-coated wire to BNC pin
Turbo pumpPFEIFFERTPH 240 CBring the pressure down to 1E-6 Torr
Vacuum greaseAPIEZONL Ultra High Vacuum Grade GreaseVacuum grease used to lubricate the oring
Viton OringsGrainger#031Round #031 Medium Hard Viton O-Ring, 1.739" I.D., 1.879" O.D
Viton OringsGrainger#010Round #010 Medium Hard Viton O-Ring, 0.239" I.D., 0.379"O.D

Ссылки

  1. Godyak, V. A., Alexandrovich, B. M. Comparative analyses of plasma probe diagnostics techniques. Journal of Applied Physics. 118, 233302 (2015).
  2. Gurnett, D. A., et al. The Cassini Radio and Plasma wave investigation. Space Science Reviews. 114, 395-463 (2004).
  3. Olson, J., Brenning, N., Wahlund, J. E., Gunell, H. On the interpretation of Langmuir probe data inside a spacecraft sheath. Review of Scientific Instruments. 81, 105106 (2010).
  4. Lebreton, J. P., et al. The ISL Langmuir probe experiment processing onboard DEMETER: Scientific objectives, description and first results. Planetary and Space Science. 54, 472-486 (2006).
  5. Godyak, V. A., Piejak, R. B., Alexandrovich, B. M. Measurements of electron energy distribution in low-pressure RF discharges. Plasma Sources Science and Technology. 1, 36-58 (1992).
  6. You, K. H., et al. Experimental and computational investigations of the effect of the electrode gap on capacitively coupled radio frequency oxygen discharges. Physics of Plasmas. 26, 013503 (2019).
  7. Sobolewski, M. A., Kim, J. H. The effects of radio-frequency bias on electron density in an inductively coupled plasma reactor. Journal of Applied Physics. 102 (11), 113302 (2007).
  8. Godyak, V. A., Piejak, R. B., Alexandrovich, B. M. Electron energy distribution function measurements and plasma parameters in inductively coupled argon plasma. Plasma Sources Science and Technology. 11, 525-543 (2002).
  9. Leonard, A. W. Plasma detachment in divertor tokamaks. Plasma Physics and Controlled Fusion. 60, 044001 (2018).
  10. Loarte, A., et al. Plasma detachment in JET Mark I divertor experiments. Nuclear Fusion. 38, 331-371 (1998).
  11. Matthews, G. F. Tokamak plasma diagnosis by electrical probes. Plasma Physics and Controlled Fusion. 36, 1595-1628 (1994).
  12. Langmuir, I. The pressure effect and other phenomena in gaseous discharges. Journal of the Franklin Institute. 196, 751-762 (1923).
  13. Hutchinson, I. H. . Principles of Plasma Diagnostics. 2nd. Ed. , (2002).
  14. Hershkowitz, N., Auciello, N., Flamm, D. L. How Langmuir Probes Work. Plasma Diagnostics Volume 1 Discharge Parameters and Chemistry. , 114 (1989).
  15. Lee, H. C., Lee, J. K., Chung, W. C. Evolution of the electron energy distribution and E-H mode transition in inductively coupled nitrogen plasma. Physics of Plasmas. 17, 033506 (2010).
  16. Amemiya, H. Plasmas with negative ions-probe measurements and charge equilibrium. Journal of Physics D: Applied Physics. 23, 999 (1990).
  17. Andreu, J., Sardin, G., Esteve, J., Morenza, J. L. Filament discharge plasma of argon with electrostatic confinement. Journal of Physics D: Applied Physics. 18, 1339-1345 (1985).
  18. Bohm, D., Guthrie, A., Wakering, R. K. Minimum Kinetic Energy Requirement for a Stable Sheath. The Characteristics of Electrical Discharges in Magnetic Fields. , (1949).
  19. Chen, F. F. . Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion, 3rd Ed. , (2016).
  20. Sheehan, J. P., Hershkowitz, N. Emissive probes. Plasma Sources Science and Technology. 20, 063001 (2011).
  21. Barnat, E. V., Laity, G. R., Baalrud, S. D. Response of the plasma to the size of an anode electrode biased near the plasma potential. Physics of Plasmas. 21, 103512 (2014).
  22. Mausbach, M. Parametrization of the Laframboise theory for cylindrical Langmuir probe analysis. Journal of Vacuum Science and Technology A. 15, 2923-2929 (1997).
  23. Li, P., Hershkowitz, N., Wackerbarth, E., Severn, G. Experimental studies of the difference between plasma potentials measured by Langmuir probes and emissive probes in presheaths. Plasma Sources Science and Technology. 29, 025015 (2020).
  24. Goeckner, M. J., Goree, J., Sheridan, T. E. Measurements of ion velocity and density in the plasma sheath. Physics of Fluids B: Plasma Physics. 4, 1663 (1992).
  25. Lee, D., Hershkowitz, N., Severn, G. D. Measurements of Ar+ and Xe+ velocities near the sheath boundary of Ar-Xe plasma using two diode lasers. Applied Physics Letters. 91, 041505 (2007).
  26. Yan, S., Kamal, H., Amundson, J., Hershkowitz, N. Use of emissive probes in high pressure plasma. Review of Scientific Instruments. 67 (12), 4130-4137 (1996).
  27. Smith, J. R., Hershkowitz, N., Coakley, P. Inflection-point method of interpreting emissive probe characteristics. Review of Scientific Instruments. 50, 210-218 (1979).
  28. Campanell, M. D., Umansky, M. V. Strongly Emitting Surfaces Unable to Float below Plasma Potential. Physical Review Letters. 116, 085003 (2016).
  29. Kraus, B. F., Raitses, Y. Floating potential of emitting surfaces in plasmas with respect to the space potential. Physics of Plasmas. 25, 030701 (2018).
  30. Yip, C. -. S., Jin, C., Zhang, W., Xu, G. S., Hershkowitz, N. Experimental investigation of sheath effects on I-V traces of strongly electron emitting probes. Plasma Sources Science and Technology. 29, 025025 (2020).

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

JoVE171

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

РЕКОМЕНДОВАТЬ БИБЛИОТЕКЕ

НОВОСТИ JoVE

Исследования

Образование

АВТОРЫ

Библиотекарь

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены