Читать онлайн «Зондовые методы исследования низкотемпературной плазмы»

в. И. Демидов Н. Б. Колоколов А. А. Кудрявцев ЗОНДОВЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ низкотемпературной плазмы Предисловие Метод электрических зондов традиционно является одним из основных в диагностике плазмы. Метод был предложен в работах Ленгмюра с сотр. (см. , например, [1]) и использовался первоначально для диагностики плазмы низкого давления в условиях, когда размер возмущенной области меньше длины свободного пробега электронов и ионов. Далее эта теория развивалась в работах Дрювестейна [2], который показал возможность измерения функции распределения электронов по скоростям зондовым методом. Важным достоинством метода зондов по сравнению с другими экспериментальными методами является возможность измерения локальных параметров плазмы. За время с 30-х до 80-х годов экспериментальная техника и теория зондов были усовершенствованы многими исследователями и обобщены в ряде обзоров и монографий [3-10]. Основное внимание в них уделялось определению таких параметров плазмы, как концентрация и температура заряженных частиц. Информацию об этих параметрах можно получить из анализа как электронной, так и ионной частей зондовой характеристики. На практике необходимо иметь более детальную информацию об электронном газе, поскольку он в значительной степени определяет свойства плазмы в целом. Для этого требуется знание функции распределения электронов (ФРЭ), которая может быть получена только из анализа электронной части зондовой характеристики. Изложение методов измерения ФРЭ в известных руководствах [3-10] фактически ограничено рассмотрением случая бесстолкновительной газоразрядной плазмы (ленг- мюровский зонд), который имеет довольно узкую область применимости по концентрации нейтрального газа па < 1017см_3 . За последние 10-15 лет достигнут значительный прогресс как в теоретическом обосновании использования зондовых методов в сложных условиях, так и в развитии новых экспериментальных методик зондовых измерений в нестационарной, неравновесной и неоднородной плазме. Получено много новых экспериментальных данных из зондовых исследований лабораторной и космической плазмы. Однако достигнутые результаты не изложены последовательно в отдельном руководстве. В данной работе авторы стремились восполнить существующий пробел в литературе и обобщить последние теоретические и экспериментальные результаты в затронутой области, уделив основное внимание исследованиям функции распределения электронов. В значительной части книга основывается на материалах оригинальных исследований, выполненных при участии авторов в лаборатории физики плазмы физического факультета Ленинградского (Санкт-Петербургского) государственного университета (СПбГУ). Авторы признательны сотрудникам и аспирантам СПГУ, в соавторстве с которыми были выполнены и опубликованы работы, составившие основу монографии, - А. Б. Благоеву, Б. П. Лаврову- П. М. Праматарову, И. Ю. Баранову, О. Г. Торонову, Н. А. Горбунову, В. А. Романенко, Н. А. Хромову, Р. Р. Арсланбекову. Авторы искренне благодарны, Б. М. Смирнову и Л. Д. Цен- дину за полезные обсуждения, стимулировавшие работу над книгой; Е. А. Кралькиной за плодотворное участие в работах по применению методов регуляризации в зондовых исследованиях.