Эмиссионный зонд

ОПИСАН И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ 280657 Союз Советских Социалистических РеспубликПриоритет йомитет по делам зооретений и открытий при Совете Министров СССРОпубликовано 03.Х.1970, БюллетеньДата опубликования описания 11.1.1971 Лвторизобретения, ф. Балаев Заявител МИССИОННЫЙ ЗОНД венстве температуры температуры поверхнос верхности термоэмитте щего эмиссионного зон циалу плазмы. В этом количественно измерит колебаний потенциала предельной частоты плазмы и точнее поал плаваювен потенпозволяет амплитуды некоторой электронов ти зонда ра, потенци да будет ра случае зонд ь величину плазмы до с где Ионный учитывать тике усло ности зон встречает ности зон плазмы, э тенциале венные из тенциалаЦельювеличени является циала, а Зависимое от авт. свидетельстваЗаявлено 12 Х.1969 ( 1334027/26-25)с присоединением заявкиИзобретение относится к устройствам для измерения потенциала плазмы, а именно к эмиссионным зондам, предназначенным для непосредственного измерения потенциала и колебаний потенциала плазмы. 5Известные эмиссионные зонды имеют термоэмиттер, подсоединенный к схеме нагрева и к схеме измерения потенциала термоэмиттера, и изолирующий и проводящий экраны, закрывающие термоэмиттер и имеющие отверстие, че рез которое термоэмиттер сообщается с окрукающей средой. Когда такой зонд при плавающем потенциале помещают в плазму, с поверхности термоэмиттера происходит эмиссия электронов в плазму в случае, если потенциал 15 плазмы больше потенциала термоэмиттера, и термоэмиттер собирает электроны из плазмы при потенциале плазмы, меньшем или близком к потенциалу термоэмиттера, При этом потенциал термоэмиттера изменяется в соот ветствии с изменением потенциала плазмы.Электроны, испускаемые термоэмиттером в плазму, создают вблизи поверхности зонда отрицательный объемный заряд, так называемый виртуальный катод, который ограничи вает величину электронного тока с зонда в плазму. По этой причине потенциал изолированного зонда будет меньше потенциала плазмы на величину. электронной температуры плазмы. Только в частном случае - при ра предельная частота измеряемых колебаний потенциала,ток электронов с зонда,паразитная емкость между зондоми землей,амплитуда колебаний потенциалаплазмы.ток на зонд мал и его можно нев балансе токов. Однако на праквие равенства температуры поверхда температуре электронов плазмыся редко, а при температуре поверхда, меньшей температуры электроновмиссионный зонд при плавающем попозволяет проводить лишь качестмерения потенциала и колебаний поплазмы.настоящего изобретенияе точности измерения потен5 10 15 го г 5 30 35 40 45 50 55 также амплитуды и формы колебаний потенциала плазмы при любом значении электронной температуры плазмы, а также расширение границы частоты колебаний потенциала плазмы, на которую зонд реагирует без искажений.Согласно изобретению, указанная цель достигается введением в конструкцию зонда резервуара, содержащего вещество, имеющее потенциал ионизации паров, близкий к работе выхода термоэмиттера, например щелочные металлы: цезий, рубидий, калий, и размещением этого резервуара внутри экранов в тепловом контакте с термоэмиттером.На чертеже показана схема эмиссионного зонда.Зонд содержит эмиттер, например танталовую спираль 1, токовводы 2, резервуар с рабочим веществом 3, керамические изоляторы 4, экранирующую керамическую трубку б, металлический экран б с наружным диаметром 0,4 см, имеющий отверстие 7 со стороны торца зонда, импульсный источник тока 8 для накала спирали и осциллограф или иное регистрирующее устройство 9,Импульсный источник тока 8 нагревает танталовую спираль 1, расположенную в трубчатом токовводе 2 до температуры 2000 в 25 К, В отсеке токоввода между керамическими изоляторами 4 помещается, например, хлористый цезий 3. От спирали хлористый цезий нагревается до температуры 500 - 600 С и в виде пара подается через зазор между трубчатым токовводом 2 и передним изолятором 4 на танталовую спираль 1. Молекулы хлористото цезия диссоциируют на горячей поверхности тдцталовой спирали, цезий ионизуется, образуя плазму из ионов цезия и термоэлектронов, которая вытекает через отверстие 7, образованное внутренним диаметром спирали.Таким образом, отверстие 7 является источником электронов и ионов с температурами, равными приблизительно температуре поверхности танталовой спирали. При этом если зонд находится при отрицательном потенциале относительно потенциала измеряемой плазмы 10, с него уходят электроны и заряжают зонд до потенциала плазмы; при положительном потенциале зонда относительно потенциала плазмы на его открытую поверхность приходят электроны из плазмы и также заряжают зонд до потенциала плазмы.В качестве импульсного источника тока можно использовать однополупериодный выпрямитель, для того чтобы производить измерения потенциала плазмы в момент времени,когда спираль эквипотенциальна. Потенциал зонда относительно земли можно измерять, например, осциллографом 9 с высокоомным входом и наблюдать визуально пли фотографировать на пленку, В качестве рабочего вещества могут быть применены также цезий, рубидий, калий,С целью увеличения границы измерения колебаний потенциала плазмы по частоте в качестве источника накала рабочей поверхности зонда можно применить лазер с мощностью излучения 0,5 - 2 вт. Это позволит уменьшить длину токовводов. оставив лишь один вывод от зонда, что вызовет уменьшение емкости С, а также позволит уменьшить габариты зонда. Условие эквипотенциальности накаленной поверхности зонда выполняется в процессе всего времени измерений.Зонд может быть изготовлен в виде трубки с внутренним диаметром 0,02 - 0,03 сл и наружным - 0,04 - 0,05 см, через которую подается пар цезия. Торцовая часть трубки нагревается лучом лазера, внутренняя поверхность трубки испускает электроны и ионы цезия, образуя плазму, которая вытекает из отверстия трубки. Холодный зонд такой конструкции может быть использован как обычный ленгмюровский зонд для измерений других параметров плазмы. Предмет изобретения 1, Эмиссионный зонд для непосредственного измерения величины и колебаний потенциала плазмы, содержащий наружный металлический экран с входным отверстием, изолирующий слой, закрывающий внутреннюю поверхность металлического экрана, термоэмиттер, расположенный внутри экрана вблизи входного отверстия, схему, обеспечивающую заданный, например импульсный, нагрев термоэмиттера, и схему измерения потенциала эмиттера, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерения потенциала плазмы, особенно при ее высокой электронной температуре, зонд содержит резервуар, расположенный внутри экрана в тепловом контакте с термоэмиттером и содержащий вещество, характеризующееся потенциалом ионизации, близким к работе выхода термоэмиттера, например щелочные металлы,2. Эмиссионный зонд по п, 1, отличающийся тем, что, с целью увеличения диапазона частот измеряемых колебаний потенциала плазмы, схема нагрева термоэмиттера содержит лазер, облучающий термоэмиттер.280657 Редактор И. Г. Карпас орректоры Типография, пр. Сапунова,Составитель Е. Буря кТехред 3, Н. Тараненк Заказ 3444/8 Тираж 480ЦНИИПИ Комитета по дслам изобретений и открытий приМосква, Ж, Раушская наб, д. 45. Корог Коро бо Подписгос вете Министров СССР