Способ определения параметров плазмы

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 11911266.СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 07, 03, 82(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПЛАЗМЫ Изобретение относится к Физике плазмы, а конкретно к,диагностике равновесных низкотемпературных плазменных образований по их собственному микроволновому излучению,и мо" жет быть использовано для определения характеристик плазмы, образующейся в различных устройствах,лабораторныхустановках.Известны способы определения плазмы по ее собственному микроволновому излучению. Согласно способам па-. раметры плазмы определяют из измерения интенсивности излучения на различных частотах (1).Однако для повышения точности требуется проведение измерений в широкой полосе частот, что возможно либо при использовании радиометрических приемников с широким диапазоном перестройки, либо приемников разлцчиых частотных каналов. Все зто усложняет аппаратуру, проведение калибровок и процедуру измерений,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ определения параметров плазмы, основанный на измерении матрицы рассеяния мод в многомодовом волно.воде, контактирующем с плазмой. Согласно этому способу матрицурассеяния определяют путем возбуждения мод в волноводе с помощью генератора и измерения амплитуды и Фазымод, отраженных от плазмы и распространяющихся в обратном направлении.Этот способ является более простым,так как измерения ведутся на одной.частоте. Для диагностики используется отличие структур полей различНых мод волновода 12.Однако, этот способ не позволяет,.непосредственно определить температуру плазьяя, которая является важ ным параметром, характеризующимплазму. Кроме того, для его проведения требуется два оконечных прибора: приемиик и генератор. Актив"ный метод диагностики имеет ещетот недостаток, что он вносит возмущения в плазму. Это ухудшает точность измерения истинных .параметровплазмы.Цель изобретения - упрощение 25 процедуры измерений и определение доцолнительного параметра: температу,ры плазмы.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу определе ння параметров плазмы, заключающему-,ся в измерении на одной частоте характеристики мод электромагнитного поля в многомодовой системе, измеряют ковариации амплитуд мод соб-ственного микроволнового излучения плазмы и по ним определяют параметры плазмы.Для ковариаций амплитуд мод, возбужденных собственным излучением плазмы, справедлив обобщенный закон Кирхгофа, который можно записать в следующей форме:Ъв и ЮЯ Ю +-С, ХМФдйи,("Л 1) где Б ковариация и ой и ю ой( Имод;а(М, - Флуктуирующие амплитуды а(Ы мод;Т(х,у,г) - температура элементарного объема йч в точке(х,у,г)дЦ(х,у,г) - смешанные потери полейи-ой и ш-ой мод в объеме с)чС - нормирующая константа.Это означает, что вклад отдельных 25 участков плазмы в ковариацию двух мод пропорционален температуре этого участка и смешанным потерям полей, этих мод, которые равны:д 0 = -жЕ (х;у г)Е (х,у г)Е, (х у г) где Е (х,у,г) в .мнимая часть диэлектрической проницаемости плазмы;Е,(х, у, г), 35Е(х, у, г) - электрические напряженности в точке(х уг ) полей и" ойи ш-ой мод соответственно, возникающих в плазме,если ее зондироватьна этих модах начастоте ж,Моды отличаются между собой структурой поля, т. е. распределениемэлектрической и магнитной напряженности электромагнитного поля попространству, где проводятся измерения. Поэтому будут различны этираспределения и в плазме, если проводить зондирование ее на этих модах.Таким образом, ковариации амплитудмод собственного микроволновогоизлучения плазмы будут для различныхпар мод по разному зависеть от электррфизических параметров и температурыогдельных участков плазмы, т. е. приразличных профилях изменения параметров плазмы значения ковариацийбудут различны, Рассчитывая эти зна- щчения для ожидаемых возможных профилей и сравнивая с измеренными зна-чениями можно определить истинныйпроФиль изменения параметров. Прииспользовании ЭВМ такой выбор проI изводится по программе по заданномукритерию, с заданной точностью.На Фиг. 1 показано распределениезначений диагональных элементовматрицы ковариаций мод в плоскомволноводе для различных профилей изменения температуры в плазме; наФиг. 2 - взаимное расположение волновода и плазмы; на Фиг. 3 - устройство, с помощью которого реализуетсяпредлагаемый способ.Значения ковариаций на фиг, 1приведены в зависимости от параметраи Х 2 О,где 1 - длина волны микроволновогоизлучения;2 а - ширина волновода;и - номер моды.Кривые 1 - 3 соответствуют профилю температурыТ = 300 + ВЕ,кривые 4 - 6 профилюТ = 300+ВЕ+В з 1 п( 7 ВЕ)Зависимости построены для различ 3 2 кных градиентов В : 10 , 5 .10, 10 /см,Считалось, что параметры плазмы из-меняются только в направлении перпендикулярном Фланцу волновода.Коэффициенты рассчитывались по следующей Формуле:Д.итг) а)ехр -ак п,/ЩЩго щ 1 4 И 7 Э-(иЦХс где Т(г) - термодинамическаятемпература плазмы всечении 2;Е(.) - комплексная диэлектрическая проницаемостьплазмы,Е(Е) - мнимая часть комплекснойдиэлектрической проницаемости,уК = - волновое число;С - нормирующая константа,Номера мод, числа и - целыечисла. Для волновода конечной ширины общее число мод будет равной.и на изображенной оси - значения коэффициента будут расположены дискретио. В результате измеренийполучают с(, значений диагональных элементов. Вертикальными линиями на фиг. 1 показаны такие значенияковариаций для волновода шириной2 а =10 ) при профиле температурыТ = 300 + 510+ 510 з 1 п(Сг/о 4)т. е. совпавшие с кривой 5.Исследуемая плазма 7 расположена вплотную к Фланцу волновода 8.Устройство содержит многомодовый волновод 8, одномодовый волновод 9, направленные ответвители 10 отдельных мод, согласованную нагрузку 11, схему 12 устройств для перемножения911266 Формула изобретения РО амплитуд мод, на 1-ой выходе которой амплитуда сигнала равна- ан(М аи(М где а и ан(1) флуктуирующие амплитуды мод и и щ, соответственно, переключатель 13 каналов, приемник 14. Подключая приемник последовательно к выходам устройства и устанавли.вая большое время интегрирования приемника, получают М Ю значений ковариаций амплитуд мод в много, модовом волноводе, где Ы= йод/1 После этого сравнивают полученные значения с расчитанными для различных профилей (фиг. 1) и находят искомый профиль температуры.Согласно способу для проведения измерений используется только один оконечный прибор - радиометричес:кий приемник, работающий на фиК- сированной частоте, не требуется проведения калибровок на нескольких частотах и знание частотной зависимости параметров плазмы, что повышает точность измерений. 5Способ определения параметровплазмы, заключающийся в измерениина одной частоте характеристики модэлектромагнитного поля в многомодовой системе, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения процедуры измерений и определения температуры плазмы, измеряют ковариации по времени амплитуд мод собственного микроволнового излучения.Источники информации,принятые во внимание при: экспертизе1, Баширинов А.Е. н др. СВЧ-излучение низкотемпературной плазмы.Под. ред. Баширинова А,Е. фСоветское 20 радиофон, 1974, с. 97. " 108.2, Авторское свидетельство СССРР 527097, кл. О 01 В 21/00,16.11.739112 бб Составитель А.РахимовЮрковецкай Техред М,гергель Корректо едакт ятко иал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 аказ 1109/28 ВНИИП по д 113035, Госуд ам изосква ираж 8 ственно ретений Ж, Р Подписноо комитета СССРи открытийушская наб., д. 4/5