Способ определения напряженности электрического поля в ионизованном газе

 

Изобретение относится к оптическим поляризационным измерениям и спектроскопии ионизованных газов. Цельизобретения - повышение чувствительности измерений и обеспечение возможности бесконтактного исследования слабо ионизованных сред. Внутреннее электрическое поле в ионизованном газе определяют путем выделения излучения в спектральной линии с последующим пропусканием через линейный поляризатор, регистрируют две ортогональные линейно поляризованные компоненты спектральных ионных линий, соответствующих переходамс уровней дублетов, имеющих тонкое расщепление порядка атомной температуры, на обш-'й нижний уровень, измеряют интенсивно -vi зтйх линий и аналитически определяют напряженность внутреннего электрического поля по совпадению теоретической и экспериментальной зависимостей. 3 ил.слс

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю 6 01 В 29/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ- ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4811272/25 (22) 06,04,90 (46) 15.02,92, Бюл. N 6 (71) Ленинградский государственный университет (72) С.А. Казанцев, В.Н.Ребанс и Т.В. Рудаков (53) 535.8(088.8) (56) Казанцев С.А, и др. Письма в ЖЭТФ, 1987, т. 45, М 1, с. 15 — 17.

Грим Г. Уширение спектральных линий в плазме М.: Мир, 1978, с. 419. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В ИОНИЗОВАН НОМ,ГАЗЕ (57) Изобретение относится к оптическим поляризационным измерениям и спектроскопии ионизованных газов. Цель

Изобретение относится к поляризационной и оптической спектроскопии, преимущественно к спектроскопии ионизованных газов, Целью изобретения является повышение чувствительности при бесконтактных измерениях внутреннего электрического поля в ионизованном газе.

Поставленная цель достигается тем, что, согласно способу определения напряженности электрического поля в ионизованном газе, включающему выделение оптической спектральной линии эмиссии, излучение в выделенной спектральной линии линейно поляризуют, дополнительно регистрируют две ортогональные линейно

„„5U„„1712901 А1 изобретения — повышение чувствительности измерений и обеспечение возможности бесконтактного исследования слабо ионизованных сред. Внутреннее электрическое поле в ионизованном газе определяют путем выделения излучения в спектральной линии с последующим пропусканием через линейный поляризатор, регистрируют две ортогональные линейно поляризованные компоненты спектральных ионных линий, соответствующих переходамс уровней дублетов, имеющих тонкое расщепление порядка атомной температуры, на оби .й нижний уровень, измеряют интенсивно .и этих линий и аналитически определяют напряжен ность внутреннего электрического поля по совпадению теоретической и экспериментальной зависимостей. 3 ил, 1 поляризованные компоненты спектральных ионных линий, соответствующих переходам с уровней дублетов, имеющих тонкое расщепление порядка атомной температуры, на общий уровень, измеряют их интенсивности 1у и Iz, затем по измеренным интенсивностям определяют зависимость вида

А(Е): аi (А. 1г, Jo) (ly — 4) >,Jz

А у,1**) 1 1,(1; 2 (J1 12 ° )о) (у +g 4)J) (у + у 4)32

ГДЕ à1 Q1 J2 "o) И <2(41,42 Jo) — ЧИСЛЕННЫЕ коэффициенты, зависящие от полных угловых моментов составляющих дублета31,.12 и

1712901 общего нижнего уровня спектральных переходов3о, сопоставляют ее с аналогичной теоретической зависимостью для выбранных линий как функции электрического поля Š— A(E)— и по совпадению теоретической и экспериментальной зависимостей определяют величину напряженности внутреннего электрического поля Е.

На фиг. 1 представлена схема экспериментальной установки для определения напряженности электрического поля для плазмы разряда в полом катоде; на фиг. 2— экспериментальная зависимость величины

А от давления среды для работы точек с различной радикальной компонентой (плазмой разряда в полом катоде); на фиг. 3— экспериментальная зависимость распределения напряженности электрического поля в плазме по координате (радикальная зависимость) для различных значений давления среды.

Способ осуществляют следующим образом, используя устройство, показанное на фиг. 1.

Излучение плазменного источника 1 помещают в центр фокуса линзы 2. Излучение анализируемого объекта фокусируют на .входную щель монохроматора 3, которым выделяют нужную спектральную линию. За выходной щелью монохроматора 3 устанавливают поляризатор 4, который поляризует излучение данной спектральной линии и делит его на два пучка с взаимно ортогональными поляризациями. Регистрация этих пучков соответствует регистрации одной (из двух) спектральной линии, соответствующей переходу с уровня одного из дублетов, имеющих такое расщепление. Регистрация другой спектральной линии производится после выделения ее монохроматором после регистрации и обработки данных по первой линии и аналогичным образом.

Изменение интенсивности поляризованных компонент производят двухканальной схемой: двумя фотоэлектронными умножителями 5 и 6, сигналы с которых поступают на входы аналого-цифровых преобразователей 7 и 8, информация с которых поступает в накопитель 9 информации (накопительный прибор или ЭВМ), с которого считывают информацию о величинах интенсивностей ly и 1 и производят их статистическую обработку и аналитический расчет величины A(ly, Iz). Сопоставляя ее с теоретическими зависимостями A(E) для конкретных условий в ионизованной среде, определяют величину напряженности поля

Е при совпадении зависимостей. Погрешность в определении напряженности элект35 (при у =28 МПа), Пример 2. Для излучения в фиксированной точке z = 2,5 мм (радиальная компонента) при давлении среды

40 последовательно получали экспериментально величину А (х10 ) соответственно

3,2; 3,35; 3,45 и 3,50. Сопоставление с теоретическими расчетами дало величину на пряженности электрического поля в данной

5

30 рического поля Е включает погрешность измерения спектральных характеристик линий и погрешность принятой модели анизотропной релаксации.

Пример 1. Измеряли распределение напряженности внутреннего электрического поля в разряде в цилиндрическом полом катоде диаметром 1 см и длиной 5 см, в аргоне при давлениях 0,01 — 0,5Торр и постоянных токах 20 — 25 мА по спектральным линиям аргона 3819 и 3883 А, соответствующим переходам с дублета

4d Р1/г, цг на нижний уровень 4р Down.

Наблюдали излучение вдоль оси ОХ, параллельной оси цилиндрического катода. С помощью отверстия, размеры которого составляли 0,3 х 0,3 мм, помещенного вместо входной щели монохроматора, выделяли излучение с определенного участка отрицательного свечения, удаление которого от оси катода 2 было фиксированным или варьировалось, . Область отрицательного свечения характеризуется максимальной выраженноcTblo поляризационных эффектов спектральных линий, обусловленной особенностями скорости дрейфа ионов в плазме и дрейфовым самовыстраиванием.

После поляризатора ортогональные компоненты поляризующего излучения поступали в каналы регистрации и измерения интенсивности излучения и в вычислительное устройство для расчета величины функции А, которую затем сопоставляли с теоретически рассчитанной зависимостью точке соответственно 60; 43; 40 и 35 В/см.

Пример 3. При фиксированном давлении среды P = 0,1 Торр в условиях примера 1 было измерено радиальное распределение напряженности электрического поля на удалении z по радиусу от центра симметрии, равном 1,3; 2,25; 2,5 и 3 мм.

Расчетные величины функции А составили соответственно 1,9 10; 3,0. 10; 3,2 10 и

4 5 10 . После сопоставления с теоретической зависимостью определяли распределение напряженности электрического поля в анализируемдй области. Величина E составила 11, 32, 55, 110 B/ñì.

1712901

Экспериментальные зависимости функции А от давления газа P в различных точках среды в полом катоде (радиальная симметрия картины) приведены на фиг. 2. При малых удалениях от оси величина А 5 слабочувствительные к давлению, однако при удалении от центра зависимости А (Р) становится все более отчетливой.

Радиальная вариация внутреннего электрического поля E в плазме при давле- 10 ниях 0,1-0,3 Торр представлена на фиг. 3.

Использование предлагаемого способа позволяет производить измерения слабых внутренних электрических полей.

Таким образом, изобретение обеспечи- 15 вает повышение чувствительности бесконтактных спектроскопических методов определения внутреннего электрического поля и расширение диапазона их применимости за счет использования дополнитель- 20 ной спектроскопической характеристики, а именно поляризации линии эмиссии (способ-прототип позволяет измерить внутреннее электрическое поле только в плазме).

Предлагаемый способ может быть приме- 25 нен для широкого класса ионизованных газов в лабораторных условиях, физико-энергетических установках, в астрофизических объектах, например эруптивных процессах в солнечной атмосфере, и в 30 геофизических ионосферных условиях с целью получения информации о силовых структурных и энергетических свойствах объекта.

Формула изобретения

Способ определения напряженности электрического поля в ионизованном газе, включающий выделение оптической спектральной линии, регистрацию ее интенсивности, определение аналитической зависимости интенсивности от величины напряженности электрического поля, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности, излучение выделенной спектральной линии предварительно линей- . но поляризуют. регистрируют интенсивности двух ортогональных линейно поляризованных компонент спектральных ионных линий ly и Iz, соответствующих переходам с уровней дублетов, имеющих тонкое расщепление порядка атомной температуры, на общий нижний уровень, по измеренным значениям интенсивностей определяют зависимость вида А(Е): щ (4i. Jz, lе)(1у — Iz)Jg.J2 *)

oz (41 ° 12 ° Jo) (ly + Ц1 (у + 4)32 а я где а1(И,J2 Jo) и &$1,3ã.Jo) — численные коэффициенты, зависящие от полных угловых моментов составляющих дублета)1, Jg u общего нижнего уровня спектральных переХОДОВ 40, и сопоставляют ее с аналогичной теоретической зависимостью для выбранных линий как функции электрического поля Е.

1712901

02 РЗ

Фиг 3

E,8(ñè

Составитель Л.Архонтов

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Т.Малец

Редактор А.Лежнина

Заказ 534 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101