ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
3.7. Микроволновая диагностика плазмы
Сверхвысокочастотная (СВЧ) диагностика основана на зависимости про-
водимости плазмы от других её параметров. Для зондирования плазмы излу-
чением СВЧ диапазона в свободном пространстве используются направлен-
ные излучатели, обеспечивающие фокусировку поля в область, сравнимую с
длиной волны. В случае, если характерные размеры плазмы значительно
больше длины волны излучения, то можно пренебречь зависимостью пара-
метров плазмы от поперечных координат (условие геометрической оптики).
Коэффициент отражения излучения, направленной на плазму, резко уве-
личивается, если частота поля превышает частоты столкновений электронов.
Измеряя частоту СВЧ излучения, при которой происходит резкое увеличение
амплитуды отраженной (уменьшение амплитуды проходящей) от плазмы
волны можно определять максимальную концентрацию электронов по линии
зондирования. Для этого необходимы перестраиваемые по частоте в широ-
ком диапазоне генераторы. Технически проще организовать измерения ам-
плитуды проходящей или отраженной волны на нескольких фиксированных
частотах. При этом может использоваться схема работы нескольких генера-
торов в самостоятельном измерительном тракте.
Более компактной, но значительно более сложной в реализации является
схема работы нескольких генераторов на общий волноводный тракт, напри-
мер, через общую излучающую антенну. Для выделения излучений на
разных длинах волн, прошедших через плазму, могут быть использованы на-
страиваемые узкополосные детекторные головки, дифракционная решетка.
По характеристикам прошедшей через плазму волны можно определять
концентрацию и частоту столкновения электронов.
Осуществление ВЧ зондирования для определения параметров газораз-
рядной плазмы основано на измерения характеристик проходящей через
плазму или отражённой от нее волн.
Для определения концентрация электронов n
e
и эффективной частоты
столкновения ν
эф
необходимо измерить показатель преломления n
i
и показа-
тель поглощения плазмы α
i
, которые связаны с параметрами плазмы
2
222
11
15,0
1
15,0
+
+
+
−+
+
−−=
в
aв
в
a
в
a
i
α
, (3.3)
2
222
11
15,0
1
15,0
+
+
+
−+
+
−=
в
aв
в
a
в
a
n
i
, где
2
=
ω
ω
п
a
,
ω
ν
эф
в
=
(3.4)
В процессе эксперимента непосредственно определяют величину погло-
щения плазмы ∆η и фазовый сдвиг ∆ϕ для зондирующего излучения и затем
величины α
i
и n
i
рассчитывают по формулам:
П
i
l35,44
π
ηλ
α
∆
=
,
ω
ϕ
П
i
l
с
n
∆
−=
1
, (3.5)
где l
п
- размер плазменного образования, λ- длина волны зондирующего СВЧ
46
