Мы предоставляем пошаговый протокол о том, как изготовить ленгмюровские зонды и излучающие зонды с использованием легкодоступного лабораторного материала для исследователей, которые хотят построить их самостоятельно. Использование легкодоступных материалов в лаборатории удешевляет и упрощает изготовление и обслуживание электростатических зондов для диагностики плазмы, а также делает систему более адаптируемой к различным лабораторным условиям. Вакуумный интерфейс, используемый в нашем протоколе строительства, также может быть использован в качестве проходного метода для других устройств низкого давления.
При выполнении этого протокола вакуумные методы электрической проверки целостности цепи, отверждения керамической пасты и управления хрупкостью зонда поначалу могут показаться сложными. Начните с создания зондов Ленгмюра. Возьмите трубку из нержавеющей стали диаметром четверть дюйма в качестве стержня зонда.
Разрежьте трубку так, чтобы зонд мог в осевом направлении охватить более половины длины камеры. Установите изогнутую сторону вала через латунную трубку с помощью адаптера SS-4-UT-A-8 в сочетании с соединительным трубным обжимным фитингом B-810-6. Используйте латунную трубку диаметром полдюйма, выходящую из изготовленных по индивидуальному заказу фланцев через интерфейс B-810-1 ИЛИ Swagelok, чтобы обеспечить осевую опору вала датчика.
Подсоедините разогнутый конец вала датчика к корпусу BNC с помощью фитинга B-400-1 ИЛИ Swagelok. Вставьте никелевую проволоку с золотым покрытием в две трубки из глинозема с одинарным отверстием, установив более толстую трубку внутрь вала зонда. Приварите один конец никелевой проволоки с золотым покрытием к куску зачищенной проволоки, который надевается на перо подачи BNC на конце вала зонда.
Затем отрежьте проволоку с золотым покрытием так, чтобы соединение с зачищенной проволокой вошло внутрь трубки из глинозема, чтобы предотвратить короткое замыкание с валом зонда. Пробейте танталовый лист, чтобы сделать четверть дюйма плоского наконечника щупа Ленгмюра, и приварите точечную сварку к другому концу никелевой проволоки с золотым покрытием на краю наконечника, установив наконечник щупа перпендикулярно оси ограничительной пластины. Расположите наконечник зонда немного вперед, чтобы корпус зонда не касался ограничительной пластины во время проведения измерений внутри оболочки.
Загерметизируйте все соединения керамической пастой, чтобы изолировать компоненты цепи датчика от плазмы, и используйте нагреватель, чтобы запечь керамические соединения в течение 5–10 минут. С помощью мультиметра измерьте сопротивление между наконечником щупа и разъемом BNC. Если проявляется непрерывность, зонд готов к помещению в вакуумную камеру.
Чтобы построить цилиндрический разрешительный зонд, следуйте ранее описанной процедуре, за исключением использования алюминиевой трубки диаметром одна восьмая дюйма с двумя отверстиями вместо трубки с одним отверстием. Отрежьте вольфрамовую проволоку диаметром 0,025 миллиметра примерно до одного сантиметра и приварите вольфрамовую нить к проволоке с золотым покрытием. Загерметизируйте стыки керамической пастой, следя за тем, чтобы паста не попала на вольфрамовую нить.
Проверьте непрерывность между двумя концами BNC. Включите ионный манометр, чтобы проверить базовое давление перед подачей газа в камеру. В противном случае проверьте систему на наличие утечек.
Используйте перо для калибровки баратрона до тех пор, пока число не будет колебаться в пределах плюс-минус 0,01 миллиторра. Убедитесь, что игольчатый клапан находится в закрытом положении. Затем откройте запорный клапан и убедитесь, что на показаниях баратрона нет изменения давления.
Медленно поворачивайте ручку игольчатого клапана, чтобы выпустить газ в камеру, пока не будет достигнуто необходимое давление. Включите напряжение питания и установите напряжение на минус 60 вольт, чтобы обеспечить достаточную энергию электронов для максимального ионизационного сечения Аргонны. Затем включите питание нагрева нитей накаливания и медленно регулируйте уровень до тех пор, пока ток разряда не покажет необходимое значение.
Подключите источник напряжения к ограничительной пластине и отрегулируйте смещение до нужного уровня. Затем приступают к измерению. Подключите пробник к цепи сбора данных и управления и продолжайте считывать напряжение, приложенное к датчику, одновременно измеряя ток, потребляемый зондом.
Сохраните трассировку текущего напряжения. Повторный сбор данных с помощью допустимых зондов, цепи сбора данных и управления. Зонды Ленгмюра были построены в четырех различных конфигурациях и обозначались как LPJ, где J — целое число от одного до четырех.
Конструкции зондов включали цилиндрический зонд Ленгмюра LP один, двусторонний зонд Ленгмюра, LP два, строгальный зонд Ленгмюра, LP три, со стороной, обращенной к ограничительной пластине, герметизированной керамической пастой, и плоский зонд Ленгмюра, LP четыре, сторона которого обращена в сторону от ограничительной пластины, покрытой керамической пастой. Сравнение измерений потенциала зонда Ленгмюра и миссивного зонда приведено ниже. Все четыре типа зондов Ленгмюра сравнивались с измерениями миссивного зонда, чтобы определить, насколько хорошо они измеряют плазменные потенциалы вблизи границ плазмы, в частности, в области предварительной оболочки.
Были протестированы различные конструкции зондов, чтобы определить, дает ли способ использования зондов Ленгмюра для измерения потенциалов плазмы точные результаты. Все измерения зонда Ленгмюра сравнивались с допустимыми зондовыми измерениями плазменного потенциала. В предварительной оболочке все потенциалы плазмы, измеренные зондом Ленгмюра, отличаются от потенциалов, измеренных адмиссионными зондами.
Разница увеличивается по мере приближения к краю оболочки, возрастая до значения многих электронных температур. Здесь показаны такие параметры плазмы, как температура, плотность, длина и длина дочерней оболочки Ленгмюра, полученные из измерений с помощью ЛП два в основной части плазмы. Эти параметры помогают точно оценить номинальную толщину оболочки планарных ленгмюровских преобразователей.
Чтобы успешно выполнить этот протокол, выпекайте все пузырьки воздуха при сушке керамической пасты. И перед тем, как поместить зонд в вакуумную камеру, не забудьте проверить целостность цепи между лентой датчика и головкой BNC, а также проверку установки между лентой датчика и валом датчика. Электростатические зонды используются для обнаружения и запуска плазменных волн для измерения наличия плазменной нестабильности, а также для картирования когерентной структуры, обнаруженной в плазме, такой как двойные слои и твердые тонны.
