В п т б

400067 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик,11.1972 ( 1752677126-25 явлено с присоединением заявки Ле -Государс гвенный комитет Совета Министров СССР па делаМ изобретений и открытийПриорите УДК 533.9.08(088.8) цо ОЗ.Х.1973. Бюллете 1 ЪЪ 3 публик та опубликования описания 28.11.1974 Авторыизобретеиия А, А, Калмыкови О. А. Лаврентьев Заявител ПАРАМЕТР1 ПОСОБ ИЗМЕРЕНИ ПЛАЗМ2 цитць ности поля ского 5 мах пВ это ного р ричцо опред 0 части Целью изобретениялокальной плотности 1ла в каждой точке тра рпучка.ДЛ 51 этого измеряот совмсстэцергетичсский спектр ц времходящих через плазму частицпучка с цзмсцспцым зарядом,результатам измерения времэнергетическому спектру час 1цие потеш 1 цалов в плазме, аизмереция количества части 1цием сечений взацмодействичас 1 иц в плазме.В отличие от известного спосчастиц, измеццвшпх заряд, отного пучка происходит по вречерез плазмы.Изобретение поясцецо чертеж определение 1 ого потецциа- зоцдирующего 1 о количество, я пролета прозондирующего гпределя 1 от по ецц пролета ц цц распределепо результатамс использовая -- плотность ба разделецие астцц первич 1 еци пролета ми,Изобретение относится к диагцастике плазмы и может быть использовано для определе. ция локальной плотности и локального потецциала плазт 1 ы при помощи зондирующего пучка частиц,Известен способ измереция плотпости и потецциала плазмы ионным пучком. В этом способе плотность и потенциал плазмы определяют путем зоцдировация плазмы моцоэцергетическим пучком ионов, разделяя траектории однократно иоцизированного (до столкцовеция) и двукратно иоцизироваццого (после столкновения) ионов наложением поперечного магцитцого поля. Определение места выхода двукратцо иоцизироваццого иона и его скорости позволяет восстановить траекторию ц найти точку, где произошел акт вторичной иоцизациц. Изменение энергии иона позволяет цайт и потенциал плазмы в этой точке, а количество вышедших двукратно иоцизироваццых ионов - плотность (по сечециям иоцизации) .Одцако при использовании известного способа необходимо примецять ионы либо достаточно больших энергий, чтобы оци прошли через область сильного магнитного поля (что ограничивает точность измерения потецциала), либо достаточцо большой массы (что ограцичивает временное разрешение). Кроме гого, способ це пригоден для локальных измереций по 1 епциала и плотности плазмы в маг 1 х полях сложной конфигурации, в частпрп отсутствии поперечного магцитцого (цапример в системах электростатичеудержация плазмы, в магнитных систери зондировании вдоль силовых линий). м случае це происходит прострацствецазделецця траекторий первичного и в 1 ого пучков, а следовательно, невозможно елить место, где произошла ионизация цы.На фиг. 1 приведена блок-схема установки, на котороц может быть реализован предложенный способ; ца фиг. 2 - изменение энергии иона (верхняя кривая), проходящего плазму с потенциальной ямой параболического вида (нижняя кривая); ца фиг. 3 - примерный вид осциллограмм временного анализатора в зависимости от регистрируемой энергии Е вылетающих из плазмы ионов с измененным зарядом,Установка содержит источник 1 ионов, модулятор 2, перезарядную мишень 3 (при работе на ионах не используется), сепаратор 4 пучка ионов по отношению заряда к массе, анализатор 5 ионов по энергиям, ионно-электронный преобразователь 6, сцинтиллятор 7, фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 8, временной анализатор 9.. Установка работает следующим образом.Моноэнергетические ионы из источника 1 модулируются модулятором 2 и в виде серии импульсов малой длительности поступают в перезарядцую мишень (при работе ца ионах не используется), откуда в виде нейтральных атомов поступают в плазму. При столкновениях с частицами плазмы в результате иоцизации зарядовый состав зондируюшего пучка изменяется. При наличии электростатического потенциала в плазме частица, изменившая свой зарядовый состав в результате столкновения, после столкновения ускоряется (или замедляется) с учетом измененного заряда и выходит из плазмы с другой энергией. Если, например, в плазме имеется потенциальная яма для ионов, то, исследуя энергетический спектр вылетающих из плазмы частиц с измененным зарядом, находят максимальную потерю ионом энергии, которая дает в пересчете на изменение заряда иона максимальную величину потенциальной ямы, Время пролета при известной скорости позволяет определить место, в котором произошел акт изменения заряда, а по количеству вылетающих из плазмы частиц с данной энергией и по известным сечениям взаимодействия - плотность плазмы в данной точке пространства.Частицы, испытавшие изменение заряда ца разных склонах потенциальной ямы, выйдут из плазмы с временным сдвигом, что позволяет последовательно, шаг за шагом, определить распределение потенциала вдоль траектории зондирующего пучка, место изменения заряда и количество частиц с измененным зарядом для каждой данной энергии и данной задержки времени пролета, а следовательно, плотность плазмы в каждой точке траектории зондирующего пучка.Проходя через плазму, частицы зондирующего пучка попадают в сепаратор 4, отделяющий частицы с измененным зарядом от первичного пучка, затем в анализатор 5 по энергиям, а ионно-электронный преобразователь 6, где из мишени выбиваются вторичные электроны, количество которых пропорционально падающему потоку ионов. Электроны регист рируются сцинтиллятором 7 с ФЭУ 8. Сигнал с ФЭУ 8 вместе с сигналом модулятора поступает во временной анализатор 9, Измеряются время пролета и количество частиц для каж дого данного заряда и энергии,Иоц (см. фиг. 2) входит в плазму с энергией Ео и зарядом г 1 е. Его энергия увеличивается по закону Ео+ге(7 Я), Ц - текущая координата, а время пролета отрезка длиной 10 от Ц до Ц+сЦ равно р. 2 Е+ г 1 ец(,) где и - масса иона.15 Расстояние от О до х ион пролетит за времяи (2 ) / Ео + г 1 еУо20Если в точке х ион претерпел повторную иоцизацию, то его дальнейшее движение будет происходить с измененным зарядом г,е. В точке х его энергия была равна Ео+ге(7(х), При своем дальнейшем движении ион с зарядом г.е проходит разность потенциалов У Я) -- (l(х) и набирает энергиюЕ, + г,еУ(х) + г,еУ - с 7(х),На выходе из потенциальной ямы Я=А)энергия иона будет равнаЕ=Е, +(г, - г,) У(х) (1)Время пролета иона от х до Е равно 35 4О,2 ) )Е+ г,еУ(х) + г,е У( ) - У(х) 40 2,) УЕ +,г,еУ(":) х Полное время пролета ионом области плаз- мы х2 )Е, + ,еУор.(2) 50 Если Е=Ео (см. фиг. 3), то регистрируютсяионы, для которых столкновение с измене нием заряда произошло на краю потенциальной ямы, либо при х=О, либо при х=Ь, где ь(О) = (7(Л) =О. В первом случае ион с зарядом г.е пролетает всю потенциальную яму с увеличенной скоростью и проходит на детек тор раньше (время пролета, отсчитанное отначала исходного импульса, равно т,), Во втором случае ион пролетает потенциальную яму с зарядом ге(г 1(г,), его скорость меньше, а время пролета больше (то). Уменьшая регист рируемую энергию Е, последовательно нахо 400067у Ео - Еамакс8 а - 2 Определение профиля потенциальной ямы осуществляют по следующей схеме.1) Учитывают аппаратурное пролетное время то, которое складывается из суммы времен пролета расстояния е 1 от источников ионов до плазмы (с энергией Ео) и расстояния е, от плазмы до детекторов ионов (с энергией ), по формуле(4) На графике Е(т) (см. фиг. 2) для каждого Е вводят поправку на величину то по форму- лам са(Еа): а саф в(Еа): тв та И, Г. д,2) Определяют потенциал Ь - Лх 1 в точке, отстоящей от границы плазмы Л на небольшое расстояние Лхь Можно показать, что при достаточно малом Лх у( ааа ) а - а(5) 412 Ео - (Е,) - (Ео)Ьх,=аА Ео - Е,дят профиль потенциальной ямы во временном масштабе задержек т и ее максимальную величину по энергии регистрации Е=ЕЗ, при которой наблюдается один импульс ионов с измененным зарядом. Из формулы (1) по- лучим где т(Е,) и т(Ео) - время пролета ионов с энергией Е, и Е 1, причем Е, близко к Ес.3) Далее находят потенциал в точке1, - Лх 1 - Лх и т, д.5 Вычисления удобно проводить на ЭВЦМ позаранее составленной программе.После нахождения потенциальной кривой,когда установлен потенциал для каждого значения х, а следовательно, известно из какой 10 точки пространства вылетает группа частиц сизмененным зарядом с задержкой т, определяют плотность плазмы в этой точке по изменению величины первичного пучка в результате повторной ионизации при помощи соот ветствующего сечения взаимодействия.Предмет изобретения20 Способ измерения параметров плазмы, находящейся в магнитных полях сложной конфигурации, путем зондирования плазмы моноэнергетическим пучком атомов или ионов, отличаюш,ийся тем, что, с целью определения 25 локальной плотности и локального потенциала в каждой точке траектории зондирующего пучка, измеряют совместно количество, энергетический спектр и время пролета проходящих через плазму частиц зондирующего пуч ка с измененным зарядом, определяют по результатам измерения времени пролета и энергетическому спектру частиц распределение потенциалов в плазме, а по результатам измерения количества частиц с использованием 35 соответствующих сечений взаимодействия -плотность частиц в плазме.490067 Го Е, г Е Еи О а Тираж 755а Совета Министрои открытийя наб., д. 4/5 Изд. М 102 Государственного комите по делам изобретении Москва, Ж, Раугнск