Измерение параметров плазмы методом электрического зонда. Матюхин В.Д. - 5 стр.

и электронов соответственно. Формула справедлива при Te >> Ti , что
реализуется практически.


      5. ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СОБИРАНИЯ ЗАРЯДОВ НА ЗОНД.
                            ФОРМУЛА БОМА:
     В основе классической теории зонда, применимой в условиях редкой
плазмы (длина пробега иона a >> λ ), лежит важное допущение: электрическое
поле от приложенной к зондам извне разности потенциалов не проникает в
плазму между зондами, а сосредотачивается вблизи поверхности зонда на
расстоянии порядка дебаевского экранирования, в так называемом заряженном
слое. Это ограничивает степень возмущения плазмы зондом и позволяет
провести корректные локальные измерения с одной стороны, и получит
простые формулы, связывающие ток на зонд с параметрами плазмы, с другой
стороны.
                                                D
     В предположении тонкого дебаевского слоя     << 1 формулы получаются
                                                a
сразу же. В отсутствие внешнего потенциала ток ионов на зонд
уравновешивается током электронов. Прикладывая к зонду отрицательный
относительно плазмы потенциал, отражающий электроны, получим рост тока
на зонд, который прекратится при ∆U ≅ kTe (1), когда все электроны от зонда
будут отражены, и через зонд потечет только ионный ток. Дальнейшее
увеличение отрицательного потенциала зонда не изменит тока, т.к. он будет
ограничиваться хаотическим потоком ионов, падающих из невозмущенной
плазмы на внешнюю поверхность заряженного слоя и, следовательно, на зонд,
                                                              8kTi
    D
т.к. << 1 . Тогда ток на зонд   I = 14 ni vi eS 0 = 14 ni e        S 0 (2),
    a                                                         πM
где T , M − температура и масса ионов, S 0 − собирающая поверхность зонда,
близкая к площади поверхности зонда.
    Два обстоятельства делают формулу (2) неприемлемой в условиях
реального эксперимента. Во-первых, дебаевский размер экранирования, как
правило, сравним с размером зонда, что делает неопределенной величину
собирающей поверхности S , которая становится больше S 0 . Во-вторых,
горячие электроны (обычно в плазме Te >> Ti ≈ Tкомн ), отражаясь от границы
                                                        kTe
заряженного слоя, сообщают ей потенциал U r ≈               (коэффициент 0,5 появился
                                                         2
в связи с тем, что на преодоление потенциала идет энергия одной степени
свободы электрона). Это приведет к некоторому усложнению модели: между
заряженным слоем А и квазинейтральной плазмы В (предслой ). В предслое
                                                                    1
ионы, идущие на зонд, будут ускоряться от тепловой энергии ( Ti 0 ≈    эВ ) до
                                                                    40