Name: building langmuir probes and emissive probes for plasma potential measurements in low pressure, low temperature plasmas
Uploaded: 2021-05-25T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Building Langmuir Probes and Emissive Probes for Plasma Potential Measurements in Low Pressure, Low Temperature Plasmas at JoVE.com

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.

1. Создание зондов Ленгмюра и эмиссионных зондов для установки в вакуумную камеру
<ol><li>Планарный зонд Ленгмюра (подробнее см. рис. 5 )<ol><li>Возьмите трубку из нержавеющей стали диаметром 1/4 дюйма в качестве стержня зонда и согните один конец на желаемый угол 90 °.</li>
		<li>Обреж...

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

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?...

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>0.001&#34; thick tungsten wire</td>
			<td>Midwest Tungsten Service</td>
			<td>0.001&#34;</td>
			<td>Emissive probe filament</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.005&#34; thick tantalum sheet</td>
			<td>Midwest Tungsten Service</td>
			<td>0.005&#34;</td>
			<td>Heating filament to generate plasma</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/2&#34; Brass supprting tube</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/4&#34; Brass Ferrule Set</td>
			<td>Swagelok</td>
			<td>B-400-SET</td>
			<td>Interface between stainless probe shaft and swagelok tube fitting</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/4&#34; OD 304 or 315 stainless steel tube</td>
			<td>Swagelok</td>
			<td>SS-T4-S-035-20</td>
			<td>Used to make the probe shaft, order seamless, sold in 20&#39; lengths</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alumina tubes</td>
			<td>COORSTEK</td>
			<td>65655, single bore 0.156&#34; OD 0.094 ID</td>
			<td>single bore, double bore, quadruple bore, use for support structure for both emissive and Langmuir probes between the probe tip and shaft</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Baratron gauge</td>
			<td>MKS</td>
			<td>Type 127</td>
			<td>Display the pressure when there&#39;s gas flowing in the chamber</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Brass Swagelok Tube Fitting</td>
			<td>Swagelok</td>
			<td>B-400-1-OR</td>
			<td>Tube fittings used on the probe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Brass Swagelok Tube Fitting</td>
			<td>Swagelok</td>
			<td>B-810-6</td>
			<td>Tube fittings used on the probe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Brass Swagelok Tube Fitting</td>
			<td>Swagelok</td>
			<td>B-810-1-OR</td>
			<td>Tube fittings used on the probe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ceramic liquid</td>
			<td>Sauereisen</td>
			<td>No. 31 Ceramic Encapsulant Liquid</td>
			<td>Mix with No.31 cement power to make the ceramic paste</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ceramic powder</td>
			<td>Sauereisen</td>
			<td>Cement Powder No. 31 Off-White</td>
			<td>There are Saureisen cements that cure with water, e.g. No.10 Powder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gold plated nickel wire</td>
			<td>SYLVANIA ELECTRIC PRODUCT</td>
			<td></td>
			<td>spod-welded to the probe tip to provide supports</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ion gauge controller</td>
			<td>Granville-Phillips</td>
			<td>270 Gauge controller</td>
			<td>Heat up the ion gauge and display pressure inside the chamber</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mechanical pump</td>
			<td>Leybold D60 D60AC</td>
			<td>D60 D60AC</td>
			<td>Bring the pressure down to ~10 mTorr then serve as the backing pump for the turbo pump</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>needle valve</td>
			<td>Whitey</td>
			<td>SS-22RS4</td>
			<td>Metering Micro-Needle Micrometer Valve 1/4&#34; Tube Swagelok fittings</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power supply</td>
			<td>Kepco</td>
			<td>ATE 100-10M</td>
			<td>Voltage Bias supply of heating filament</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power supply</td>
			<td>Sorensen</td>
			<td>DCR 20-115B</td>
			<td>Heating supply of heating filament</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>shutoff valve</td>
			<td>Kurt J. Lesker</td>
			<td>Nupro SS-4BK</td>
			<td>Knob handle, for 1/4&#34; tubing, swagelok fittings</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stainless Steel Ultra-Torr Vacuum Fitting</td>
			<td>Swagelok</td>
			<td>SS-4-UT-A-8</td>
			<td>Tube fittings used on the probe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Teflon coated wire</td>
			<td>Geyer Systems</td>
			<td>P31546</td>
			<td>Connect the gold-coated wire to BNC pin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Turbo pump</td>
			<td>PFEIFFER</td>
			<td>TPH 240 C</td>
			<td>Bring the pressure down to 1E-6 Torr</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum grease</td>
			<td>APIEZON</td>
			<td>L Ultra High Vacuum Grade Grease</td>
			<td>Vacuum grease used to lubricate the oring</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Viton Orings</td>
			<td>Grainger</td>
			<td>#031</td>
			<td>Round #031 Medium Hard Viton O-Ring, 1.739&#34; I.D., 1.879&#34; O.D</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Viton Orings</td>
			<td>Grainger</td>
			<td>#010</td>
			<td>Round #010 Medium Hard Viton O-Ring, 0.239&#34; I.D., 0.379&#34;O.D</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

building langmuir probes and emissive probes for plasma potential measurements in low pressure, low temperature plasmas

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.

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?...

Watch this Scientific Journal Video about Building Langmuir Probes and Emissive Probes for Plasma Potential Measurements in Low Pressure, Low Temperature Plasmas at JoVE.com

Building Langmuir Probes and Emissive Probes for Plasma Potential Measurements in Low Pressure, Low Temperature Plasmas

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.

Создание зондов Ленгмюра и эмиссионных зондов для измерения плазменного потенциала в низкотемпературной плазме низкого давления

Langmuir probes have long been used in experimental plasma physics research as the primary diagnostic for particle fluxes (i.e., electron and ion fluxes) ...

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.

Research

JoVE Journal

Engineering

Angle-resolved Photoemission Spectroscopy At Ultra-low Temperatures

Фотоэмиссии с угловым разрешением спектроскопии при сверхнизких температурах

The physical properties of a material are defined by its  electronic structure. Electrons in solids are characterized by energy (&omega;)  and momentum ...

Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

Синтез и микродифракции при экстремальных давлениях и температурах

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary ...

Writing and Low-Temperature Characterization of Oxide Nanostructures

Написание и низкотемпературной Характеристика оксидных наноструктур

Oxide nanoelectronics is a rapidly growing field which seeks to develop novel materials with multifunctional behavior at nanoscale dimensions.  Oxide ...

How to Ignite an Atmospheric Pressure Microwave Plasma Torch without Any Additional Igniters

Как Зажечь атмосферном давлении микроволновой плазменной горелки без каких-либо дополнительных воспламенителей

This movie shows how an atmospheric pressure plasma torch can be ignited by microwave power with no additional igniters. After ignition of the plasma, a ...

Fabrication of Low Temperature Carbon Nanotube Vertical Interconnects Compatible with Semiconductor Technology

Изготовление низкой температуре углеродных нанотрубок Вертикальные соединителям Совместимость с полупроводниковой технологии

We demonstrate a method for the low temperature growth (350 &#176;C) of vertically-aligned carbon nanotubes (CNT) bundles on electrically conductive ...

Advanced Experimental Methods for Low-temperature Magnetotransport Measurement of Novel Materials

Расширенный Экспериментальные методы низкотемпературной магнитотранспорте измерения новых материалов

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film ...

Applying X-ray Imaging Crystal Spectroscopy for Use as a High Temperature Plasma Diagnostic

Применение рентгеновской визуализации спектроскопии кристаллов для использования в качестве высокотемпературной плазмы диагностики

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas; for example electron temperature and density can be inferred from line ...

Adsorption Device Based on a Langatate Crystal Microbalance for High Temperature High Pressure Gas Adsorption in Zeolite H-ZSM-5

Адсорбция устройство, основанное на лангатата Кристалл микровесов для высоких температур газа высокого давления адсорбции в цеолите H-ZSM-5

We present a high-temperature and high-pressure gas adsorption measurement device based on a high-frequency oscillating microbalance (5 MHz langatate ...

An Atmospheric Pressure Plasma Setup to Investigate the Reactive Species Formation

Атмосферное давление установки Плазменный по расследованию активных форм

Non-thermal atmospheric pressure (&#39;cold&#39;) plasmas have received increased attention in recent years due to their significant biomedical potential. ...

Wicking Tests for Unidirectional Fabrics: Measurements of Capillary Parameters to Evaluate Capillary Pressure in Liquid Composite Molding Processes

Влагоотведение тесты для однонаправленных материалов: Измерения капиллярных параметров для оценки капиллярного давления в жидких Композитный процессов формования

During impregnation of a fibrous reinforcement in liquid composite molding (LCM) processes, capillary effects have to be understood in order to identify ...