1、利用發(fā)射探針測量預(yù)鞘區(qū)等離子體空間電位,馬錦秀，李毅人，肖德龍，鄭堯邦，王道泳，張文貴 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代物理系 國家自然科學(xué)基金資助課題(批準(zhǔn)號：10475075),一、鞘層和預(yù)鞘研究背景,理論研究較多 實驗診斷甚少：早期用電子束偏轉(zhuǎn) 精度很低 激光誘導(dǎo)熒光 信噪比較低 發(fā)射探針 比較穩(wěn)定，效果較好 利用塵埃顆粒懸浮 只是設(shè)想,L. Oksuz and N. Hershkowitz (2002) ： 首次利用發(fā)射探針診斷鞘和預(yù)鞘結(jié)構(gòu),等離子體空間電位的常用測量方法： 單探針： I-V特性曲線，拐點 懸浮電位法： 精確度都不高，在鞘區(qū)、預(yù)鞘區(qū)更不能適用 發(fā)射探針 I-V特性曲線拐點 比較常用

2、 強(qiáng)發(fā)射情況下的懸浮電位 接近空間電位,雙等離子體裝置結(jié)構(gòu)示意圖 Te1.4 eV，ne3108 cm-3,二、實驗方案,發(fā)射探針結(jié)構(gòu)示意圖。加熱電流0.21A。,1: 用于電子收集和發(fā)射的長約8.5mm 直徑0.025mm的鎢絲. 2: 直徑0.17mm纏繞在鎢絲上并且作為引線引出的銅絲. 3: 直徑0:33的毛細(xì)玻璃管. 4: 直徑0:8的玻璃管. 5: 用來固定的玻璃管.,發(fā)射探針頭照片,不同加熱電流下的發(fā)射探針伏安特性曲線。當(dāng)燈絲開始發(fā)射電子后，發(fā)射電子流在等離子體電位附近變化非常劇烈。,三、實驗結(jié)果,發(fā)射探針拐點法確定等離子體空間電位,V=VP,V=VP,小柵網(wǎng)懸浮時，發(fā)射探針和柱探

3、針測得的等離子體空間電位結(jié)果的對比。 顯然發(fā)射探針的結(jié)果更能反映預(yù)鞘和鞘層區(qū)的電位分布。,小柵網(wǎng)不同偏壓下、其兩側(cè)等離子體空間電位的分布,放大后的電位的分布,根據(jù)Bohm判據(jù)，鞘和預(yù)鞘界面的電位為： e (Vs-Vp)=-0.5Te 從而確定界面的x坐標(biāo)，獲得鞘厚,鞘層厚度 的估算：,等離子體空間電位隨柵網(wǎng)偏壓的變化,負(fù)偏壓： Vp變化很小 正偏壓： Vp增大,鞘層厚度隨柵網(wǎng)偏壓的變化,Child-Langmuir鞘：,德拜長度約為0.54mm,四、總結(jié),發(fā)射探針的測量結(jié)果可以較好地反映預(yù)鞘 區(qū)甚至鞘層內(nèi)的結(jié)構(gòu)。 柵網(wǎng)正偏壓下附近的等離子體電位被抬高。負(fù)偏壓下基本不變。 柵網(wǎng)正偏壓下鞘層很薄，厚度無法準(zhǔn)確確定。