Способ определения параметров плазмы

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соцналистических

Республик (и)911266 (61)Дополнительное к авт. саид-ву

34 М К т з

G N 23/24 (22) Заявлено 260680 (21) 2946470/18-25 с присоединением заявки ¹(23) ПриоритетГосударственный комитет.СССР ио делам изобретений и открытий

Опубликовано 070382, Бюллетень ¹ 9

ДЗ) УДК 621. 385 (088.8) Дата опубликования описания 07. 03, 82 (72) Авторы

М.Поляков и A,Ñ.Øìàëåíþê (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПЛАЗМЫ

Изобретение относится к Физике плазмы, а конкретно к,диагностике равновесных низкотемпературных плазменных образований по их собственному микроволновому излучению,и может быть использовано для определения характеристик плазмы, образующей ся в различных устройствах,лабораторных установках.

Известны способы определения плазмы по ее собственному микроволновому излучению. Согласно способам па-. раметры плазмы определяют из измерения интенсивности излучения на различных частотах (lj.

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 матрицу рассеяния определяют путем возбуждения мод в волноводе с помощью генератора и измерения амплитуды и Фазы мод, 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 (2).

Однако, этот способ не позволяет. .непосредственно определить температуру плазыа, которая является важным параметром, характеризующим плазму. Кроме того, для его проведения требуется два оконечных прибора: приемиик и генератор. Активный метод диагностики имеет еще тот недостаток, что он вносит возму щения в плазму. Это ухудшает точность измерения истинных .параметров плазмы.

Цель изобретения — упрощение

25 процедуры измерений и определение дополнительного параметра: температу;ры пла эмы.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определе30 ння параметров плазмы, заключающему-, 911266 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:

5 . . ()Я® =С, «жяй.,. (Лz), где S — ковариация и-ой и m-ой ((((( мод;

an(t), — Флуктуирующие амплитуды а,„(4) мод;

Т(х,у,г) — температура элементарного объема dv в точке (х,у,г)

dQ(x,ó,z) — смешанные потери полей и-ой и ш-ой мод в объеме dv

С вЂ” нормирующая константа.

Это означает, что вклад отдельных 25 л участков плазмы в ковариацию двух мод пропорционален температуре этого участка и смешанным потерям полей, этих мод, которые равны: д() = уиЕ (х-у,z)E (х. у z)E, (x,у z) где E (х,у, z) —.мнимая часть диэлектрической проницаемости плазмы;

Е,„(х, у, z), 35

Е (х, у, г) — электрические напряженности в точке (х „ул z) полей n" ой и m-ой мод соответственно BosHH 40 кающих в плазме, если ее зондировать на этих модах на частоте w, Моды отличаются между собой структурой поля, т. е. Распределением электрической и магнитной напряженности электромагнитного поля по пространству, где проводятся измерения. Поэтому будут различны эти распределения и в плазме, если проводить зондирование ее на этих модах.

Таким образом, ковариации амплитуд мод собственного микроволнового излучения плазмы будут для различных пар мод по разному зависеть от элект- 55

РРфизических паРаметров и температуры отдельных участков плазмы, т. е. при различных профилях изменения параметров плазмы значения ковариаций будут различны. Рассчитывая эти зна- щ чения для ожидаемых возможных профилей и сравнивая с измеренными зна-

-чениями можно определить истинный профиль изменения параметров. При использовании 3BN такой выбор про- 65

I изводится по программе по заданному критерию, с заданной точностью.

На фиг. 1 показано распределение значений диагональных элементов матрицы ковариаций мод в плоском волноводе для различных профилей изменения температуры в плазме; на фиг. 2 — взаимное расположение волновода и плазмы; на фиг. 3 — устройство, с помощью которого реализуется предлагаемый способ.

Значения ковариаций на фиг. 1 приведены в зависимости от параметра ((Х 2с4, где 1 — длина волны микроволнового излучения;

2а — ширина волновода;

n - номер моды.

Кривые 1 — 3 соответствуют профилю температуры

T = 300 + BZi кривые 4 — 6 профилю

Т вЂ” 300+BK+B sin(BZ)

Зависимости построены для различу ак ных градиентов В к 10, 5 .10, 10 /см.

Считалось, что параметры плазмы из- меняются только в направлении перпендикулярном фланцу волновода.

Коэффициенты рассчитывались по следующей Формуле:

Д.

i ккт(х) Е (К)Ехр (2к У1. /ГЫТМ!2о) МХ) 1

46(z)- (иЛ 2(:()г где Т(г) — термодинамическая температура плазмы в сечении Z;

E(z) - комплексная диэлектрическая проницаемость плазмы, E(Z) — мнимая часть комплексной диэлектрической проницаемости, у/

К = с. - волновое число;

С - нормирующая константа, Номера мод, числа n — целые числа. Для волновода конечной ширины общее число мод будет равно

И Л. и на изображенной оси — значения коэффициента будут расположены дискретио. В результате измерений получают gy/ значений диагональных элементов. Вертикальными линиями на фиг. 1 показаны такие значения ковариаций для волновода шириной

2а =10 )(при профиле температуры

Т = 300 + 5 ° 10 + 5 ° 10 sin(X z/о(4 ) i 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 перемножения

911266

Формула изобретения

10 амплитуд мод, íà i-ой выходе которой амплитуда сигнала равна — a„(t) а (М где а <(t) и a (t) флуктуирующие амплитуды мод п и т, соответственно, переключатель 13 каналов, приемник 14.

Подключая приемник последовательно к выходам устройства и устанавли.вая большое время интегрирования прИемника, получают N N значений ковариаций амплитуд мод в много, модовом волноводе, где N= p /g).

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 — радиометрический приемник, работающий на фиКсированной частоте, не требуется проведения калибровок на нескольких частотах и знание частотной зависимости параметров плазмы, что повышает точность измерений.

Способ определения параметров плазмы, заключающийся в измерении на одной частоте характеристики мод электромагнитного 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: экспертизе

1. Баширинов A.E. н др. СВЧ-излучение низкотемпературной плазмы.

Под. ред. Баширинова A.Е. Советское

20 радио, 1974, с. 97. - 108.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 527097, кл. G 01 В 21/00,16.11.73 (прототип} .

911266 с е

Составитель A.Ðàõèìîâ

Редактор О.Юрковецкай Техред М.Гергель Корректор A.ÄçÿTêo

Заказ 1109/28 Тираж 883 . . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. ужгород, ул. Проектная, 4