气体放电等离子体.ppt

气体放电等离子体单探针“Ｖ－Ｉ”曲线拟合双探针“Ｖ－Ｉ”曲线的研究一：引言
等离子体是物质存在的第四状态由等量正负电荷离子和中性粒子组成，整体呈现电中性，他广泛存在于大自然中。现在，等离子体技术被广泛的应用于工程技术领域，例如：受控热核反应、空间技术、电子工业、金属加工及广播通讯中。因此，对等离子体特性的研究无论从理论上还是实践中都有重要意义。
目前我们在实验上研究的是低温、高真空条件下氦气直流辉光放电等离子体，要想了解电子温度和电子密度等重要信息就要对其伏安特性进行测量，一般采用静电探针法。其又可分为“单探针”和“双探针”两种。单探针法中，探针的电压易破坏气体的放电状态，测量结果误差较大。而双探针法的原理是在单探针的基础上实现的，因此要想深入的了解双探针法，我们有必要先“搞懂”单探针法。二：单探针法
静电探针的结构十分简单，就是一根细的金属丝，除端点工作部分外，其他都套上绝缘套。测量线路如图所示：这是一种动态平衡，探针与附近等离子体的电位差也不再改变，我们称其为“悬浮电位”。记为：下面是以为横坐标得到的Ｖ—Ｉ曲线：（２）当>０时，如图中E点，此时探针电位远远高于附近等离子体的电位，正离子受到排斥，打到探针上的离子电流将趋于零，负电子受到吸引，而在探针周围形成一层“电子壳层”，探针电流Ｉ约等于电子电流（４）当时，如图中Ｂ点探针电流为零，探针处于悬浮状态，原因我们已在前面讨论过了，不再叙述。应有：三：用单探针Ｖ—Ｉ曲线拟合双探针Ｖ—Ｉ曲线（１）当且较大时，有，为了保证电流大小相等方向相反，两探针应分别工作与下图所示的区域中。随着的增大２处曲线较陡，１处曲线平缓，因此为保证共同的电流增量，必须得有很小的（几乎不动），和很大的，此时：。的增大主要由的减小来贡献，这样的结果使得趋向于（饱和离子流）。即：。且变化较为平缓。（２）当减小时，间距变小，他们都将趋于，导致有减小，且减小速度较快，曲线较陡
当时，，探针间电压为零，此时电流为零，曲线交于横轴原点处。
实际上，由于背底电压的存在，，应继续减小（电压表读数），直至。此时。反映在图中如下：（３）当继续减小时，，两探针工作点发生变化：同样由于背底电压的存在，探针间实际电压差要稍小一些，即：。实际电流绝对值要稍小些，曲线上抬。四：实验验证
经以上推测，可得知双探针的“Ｖ—Ｉ”曲线理论图与实验图应该如下：多次试验曲线图也证实了我们的推测是正确的。我们还可以从另外一个角度来证明：由推导过程我们可知，实验曲线的三个特点：
（１）横轴交点处。
（２）部分曲线斜率较大。
（３）部分曲线斜率较小。
这三个特点全部是由于探针所在部位的等离子体电位差，即背底电压造成的。
因此，若我们将背底电压反转：，则曲线会向相反方向变化：
（１）横轴交点处。
（２）部分曲线斜率较小。
（３）部分曲线斜率较大。我们改变放电管极性，测量“Ｖ—Ｉ”曲线如下图所示：五：实验感想
由于我们得到的是“非中心对称”的“不完美”理论曲线，这就促使我们将仪器进行改进，试图得到“中心对称”理论曲线。
首先：将背底差电压去掉；
其次：由于探针表面积不等，有曲线左右不等，我们可以改变探针。如下图所示：“探针模型”的进一步简化感谢大家能在百忙之中抽出时间参加这次论文报告会