Определение температуры тяжелой компоненты плазмы

УДК 533.9(06) Физика плазмы
И.В. ИВАНОВ, М.К. МАТВЕЕВА, Д.В. МОЗГРИН,
А.М. СНЕГИРЕВ, И.К. ФЕТИСОВ, Т.В. ШУКШИНА
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЯЖЕЛОЙ КОМПОНЕНТЫ
ПЛАЗМЫ СИЛЬНОТОЧНОГО ДИФФУЗНОГО РАЗРЯДА МЕТОДОМ АНАЛИЗА ДОПЛЕРОВСКОГО УШИРЕНИЯ ПРОФИЛЯ
СПЕКТРАЛЬНЫХ ЛИНИЙ
Экспериментальное исследование сильноточных форм квазистационарного разряда в скрещенных EH полях при низких давлениях от 10-2
до 5 тор позволили установить существование устойчивой формы разряда,
не переходящей в дугу при значительных плотностях тока (сильноточный
диффузный разряд) [1]. Предположительно преобладающим механизмом
ионизации в разряде данного типа является термический механизм, а преобладающим механизмом эмиссии электронов с катода – вторичная ионэлектронная эмиссия. Для подтверждения указанного механизма ионизации, как основного механизма поддержания разряда, необходимо прямое
измерение температуры тяжелой компоненты плазмы методом анализа
доплеровского уширения профиля спектральной линии.
Разряд формировался в объеме, ограниченном полыми профилированными электродами [2]. Для зажигания сильноточного диффузного разряда к
предварительно ионизованному разрядному промежутку прикладывалась
ступень высокого напряжения с амплитудой до 2,4 кВ. В результате происходило нарастание плотности электронов и разряд переходил в в квазистационарную сильноточную форму.
Для регистрации спектра излучения плазмы сильноточного диффузного разряда использовался Эшелле-спектрограф с компенсированным
астигматизмом [3]. Изображение спектра регистрировалось на фотопленку ILFORD DELTA 3200. Ширина входной щели спектрографа была
50 мкм.
С целью определения различий в условиях возбуждения атомов аргона
производилось измерение спектрального состава плазмы как чисто стационарного магнетронного разряда, так и стационарного магнетронного разряда постоянного тока, используемого для предварительной ионизации, с
наложенными на него 100 импульсами квазистационарного сильноточного диффузного разряда. Измерения спектрального состава производились
при следующих условиях: давление 0,33 Тор, напряжение стационарного
разряда 270 В, ток стационарного разряда 80 мА, магнитное поле 1 кГс,
ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 4
83
УДК 533.9(06) Физика плазмы
напряжение импульсного разряда порядка 90 В, ток импульсного разряда
540-1225 А, импульсная мощность 40-120 кВт, плотность плазмы 5101351014 см-3, длительность импульса тока 1,5 мс. Анализ фотографий спектра показал отсутствие перепоглощения профиля линии, что дает основание считать плазму оптически тонкой. Сравнение экспериментальных
спектров с эталонными спектрами аргона, а также спектрами предполагаемых примесей, показали наличие Ar, Ar+, Ar2+. Для исследования были
выбраны линии [4] Ar+ 476,8 нм (потенциал возбуждения 15,5 эВ) и Ar2+
457,9 нм (потенциал возбуждения 19,89 эВ), для которых восстанавливались профили при разных параметрах разряда (рис. 1).
На рис. 2 представлены зависимости температуры ионов от тока разряда, полученные в ходе эксперимента и в ходе оценочного расчета [2].
При достигнутой разрешающей способности 0,02 нм ошибка измерений
Рис. 1. Профиль линии Ar2+ (4579 A), зарегистрированный с помощью Эшеллеспектрографа
Рис. 2. График зависимости температуры ионов от тока разряда
составила ~30%.
Полученные значения ионной температуры позволяют предположить,
что термический механизм ионизации является основным для сильноточного диффузного разряда.
Список литературы
1. Мозгрин Д.В., Фетисов И.К., Ходаченко Г.В. // Физика плазмы, 1995. Т.21. №5.
2. Мозгрин Д.В., Фетисов И.К., Ходаченко Г.В. // Физика плазмы, 1999. Т.25. №3.
3. Нагулин Ю.С., Павлычева Н.К., Яковлев Э.А. // Оптика и спектроскопия. 1980. Т.49.
№ 5.
4. Таблицы спектральных линий / А.Н. Зайдель и др. М.: Наука, 1962.
84
ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 4