Способ измерения напряженности электрического поля

О П И С А Н И Е (1)835213ИЗОБРЕТЕНИЯ Сею Советских Соэапистических Республикс присоединением заявки -Государстееииый комитет СССР по делам изебретеиий а фткрмтий(45) Дата опубликования описания 30.04.82 г(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯИзобретение относится к технике измерения напряженности электрического поля, а точнее к бесконтактному измерению напряженности электрического поля в плазме несамостоятельного разряда, которая 5 используется, например, в оптических квантовых генераторах.Известен способ измерения напряженности электрического поля в плазме 11, основанный на использовании зондов Ленг мпора и заключающийся в том, что на два электрода, помещенные в плазму, подается от внешнего источника разность потен-. циалов, уменьшающая до нуля электрический ток на зонд, вызванный в цепи элек тродов электрическим полем плазмы. Недостаток этого способа заключается в том, что при измерении в неоднородном поле для повышения точности измерения зонды должны располагаться близко друг к дру гу, но при этом один из зондов оказывается в тени другого, т. е. заэкранированным от электронов или фотонов, индуцирующих несамостоятельный разряд, что приводит к ошибочным результатам. Кроме того, 25 внесение зондов в плазму возмущает ее и может привести к неустойчивости в несамостоятельном разряде.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ из- З 0 мерения напряженности электрического поля по измерению спектральной плотности излучения плазмы 121, заключающийся в том, что с помощью спектрального прибора измеряется контур спектральной линии и по ее ширине определяется электрическое поле в плазме. Недостатками такого способа являются большое время измерения нзза необходимости использовать спектральный прибор с высоким разрешением (не менее 0,01 нм для водородной плазмы, где штарковское уширение максимально), что приводит к большим потерям интенсивности регистрируемого излучения; ограничение области применения упомянутого способа из-за сопутствующего ударного уширения спектральных линий, которое появляется при давлении нейтрального га-. за порядка атмосферного и выше,Целью предлагаемого способа является повышение точности измерения электрического поля плазмы несамостоятельного разряда, уменьшение времени измерения, расширение диапазона измерений на область высоких давлений нейтрального газа, достижение простоты и надежноспи работы измерительной системы.Зта.цель достигается тем, что в способе измерения напряженности электрического поля в плазме несамостоятельного разря- , - ят (е - Ь) 60 да, включающем измерение спектральной плотности излучения плазмы, измеряется спектральная плотность тормозного континуума, образующегося при рассеянии электронов на атомах и молекулах, по крайней мере на двух длинах волн, одна из которых находится вблизи максимума интенсивности излучения,На фиг. 1 изображена схема измерения, на фиг. 2 - зависимости спектральной плотности излучения от длины волны, на фиг. 3 - отношение интенсивностей излучения для фиксированных длин волн. Объект 1 излучает сплошной спектр. Линза 2 фокусирует излучение на входную щель спектрального прибора 3, например монохроматора, который выделяет две длины волны в заданном спектральном диапазоне.Спектральную плотность тормозного излучения можно выразить следующим образом: У, д= Ая"(а) 1/ 1 - Ь/я (ь - Ь) -.,(ь) + Ьо) где А =п,У 1(2)Зк щз/2 сз где У - концентрация молекул;и, - концентрация электронов;й - энергия фотона;е - заряд электрона;т - масса электрона;с - скорость света;г, - парцнальное сечение упругогорассеяния;Яв) - функция распределения электронов по энергиям, нормированная на единицу;/(Ч(3)оЧисленное решение уравнения (1) на примере разряда в азоте представлено на фиг. 2 в виде зависимостей спектральной плотности излучения от длины волны для разных значений параметров ЕИ, где Е - напряженность электрического поля, которая и подлежит определению. Видно, что в длинноволновой области спектра зависимость 1от параметра ЕИ слабая. Для определенности скажем, что при изменении параметра ЕИ в два раза, интенсивность Л меняется примерно на 30%, В коротковолновой области спектра имеет место сильная, зависимость 1 от параметра ЕИ, Здесь при изменениях параметра ЕН иа десятки процентов интенсивность сплошного спектра изменяется в несколько раз. Благодаря этому коротковолновая область спектор поигопна для измеоения паоамет 5 ю 15 20 25 зо 35 40 45 50 55 ра Е/У, Очевидно, что если зафиксировать две длины волны Х, и Хь то для каждого значения параметра Е/И отношение интенсивностей излучения на этих длинах волн будет вполне определенным- =. Т (4) ул,На фиг. 3 приведена рассчитанная для У зависимость величины у от параметра Е/И для Х,= 1015 нм и 1 в в нм. Определив экспериментально спектральным прибором величину, можно определить параметры Е/У плазмы, пользуясь расчетной зависимостью у=у (Е/И). Если концентрация .Ч в изучаемой плазме известна и в процессе измерения не меняется, в этом случае однозначно определяется напряженность поля Е, Зависимость для разных значений Е/И можно получить и экспериментально, варьируя параметр ЕИ.Существует зависимость спектральной плотности тормозного континуума при рассеянии электронов на атомах и молекулах газа от напряженности электрического поля, а именно; для любого газа и смеси газов можно выбрать две длины волны, для которых будет иметь место слабая и сильная зависимости интенсивности излучения от параметра Е/И. Максимальная точность измерения будет в том случае, когда одна из длин волн выбрана вблизи максимума излучения плазмы,В связи с использованием спектрального прибора низкого разрешения 4 мм) регистрируемый световой поток по крайней мере в 400 раз больше чем в прототипе, что позволяет, например, при работе с импульсными разрядами проводить измерения за один импульс, не набирая т статистических измерений, в результате чего время измерения уменьшается в т раз,Спектральный прибор низкого разрешения, используемый в предлагаемом способе, значительно проще и надежнее приборов для измерения ширины спектральных линий.Предлагаемый способ измерения напряженности электрического поля в плазме несамостоятельного разряда повышает точность измерения, не вносит искажений в измеряемый объект, уменьшает время измерения и не имеет ограничения по давлению нейтрального газа в плазме,Формула изобретенияСпособ измерения напряженности электрического поля в плазме несамостоятельного разряда, включающий измерение спектральной плотности излучения плазмы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и уменьшения времени из/мерения, улучшения надежности работы измеоительной системы. а также оасшиоения диапазона измерений на область высоких давлений нейтрального газа в разряде измеряется спектральная плотность тормозного континуума, образующегося при рассеянии электронов на атомах и молекулах, по крайней мере на двух длинах волн, одна из которых находится вблизи максимума интенсивности излучения.Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе;1, Козлов О. В. Электрический зонд вплазме, М., 1969, с. 36.2. Грим Г. Уширение спектральных линий в плазме, М, 1978, с. 273,Составитель А. Рахнмо ректор С. файн ехред И. олотн ькова едакто арьк. фил, пред. Патент Заказ 363/270 Изд,127 Тираж 883 ПодписноеНПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5