Зонд с шариковой ручкой
![]() | В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|


Зонд с шариковой ручкой [ 1 ] представляет собой модифицированный зонд Ленгмюра, используемый для измерения потенциала плазмы. [ 2 ] в замагниченной плазме. Зонд-шариковая ручка уравновешивает токи насыщения электронов и ионов, так что его плавающий потенциал равен потенциалу плазмы. Поскольку электроны имеют гораздо меньший гирорадиус , чем ионы, можно использовать движущийся керамический экран для экранирования регулируемой части электронного тока от коллектора зонда.
Зонды с шариковой ручкой используются в физике плазмы, особенно в токамаках , таких как CASTOR (Торус Чешской академии наук). [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Обновление АСДЕКС , [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] КОМПАС , [ 6 ] [ 7 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 10 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 1 ] БОГИ , [ 10 ] [ 18 ] МАСТ , [ 19 ] [ 20 ] ТДЖ-К, [ 21 ] [ 22 ] RFX, [ 23 ] H-1 Гелиак , [ 24 ] [ 25 ] ИР-Т1, [ 26 ] ГОЛЕМ [ 27 ] а также низкотемпературные устройства, такие как цилиндрический магнетрон постоянного тока в Праге. [ 21 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] и устройства с линейной намагниченной плазмой в Нанси [ 32 ] [ 33 ] и Любляна . [ 21 ] [ 28 ] [ 34 ] [ чрезмерное цитирование ]
Принцип
[ редактировать ]Если ленгмюровский зонд вставить в плазму (электрод) , его потенциал не равен потенциалу плазмы. потому что образуется дебаевская оболочка , но вместо этого плавающий потенциал . Разница с потенциалом плазмы определяется температурой электронов :
где коэффициент определяется соотношением плотностей тока насыщения электронов и ионов ( и ) и области сбора электронов и ионов ( и ):
Зонд с шариковой ручкой изменяет области сбора электронов и ионов таким образом, что соотношение равен единице. Следовательно, и плавающий потенциал зонда шариковой ручки становится равным потенциалу плазмы независимо от температуры электронов :
Проектирование и калибровка
[ редактировать ]
Зонд-шариковая ручка состоит из коллектора конической формы (немагнитная нержавеющая сталь , вольфрам , медь , молибден ), экранированного изолирующей трубкой ( нитрид бора , оксид алюминия ). Коллектор полностью экранирован, а вся головка зонда расположена перпендикулярно силовым линиям магнитного поля .
Когда коллектор скользит внутри экрана, соотношение варьируется и может быть установлен на 1. Адекватная длина втягивания сильно зависит от магнитного поля величины иона . Втягивание коллектора должно быть примерно ниже ларморовского радиуса . [ нужна ссылка ] Калибровку правильного положения коллектора можно выполнить двумя разными способами:
- Коллектор шариковой ручки смещается низкочастотным напряжением, что обеспечивает ВАХ и получение тока насыщения электронов и ионов. Затем коллектор втягивают до тех пор, пока ВАХ не станет симметричным. В этом случае соотношение близко к единице, хотя и не совсем. [ 1 ] [ 5 ] [ 35 ] Если зонд втягивается глубже, ВАХ остаются симметричными.
- Потенциал коллектора шариковой ручки остается плавающим, а коллектор втягивается до тех пор, пока его потенциал не достигнет насыщения. Результирующий потенциал превышает потенциал зонда Ленгмюра. [ нужны разъяснения ]
Измерения электронной температуры
[ редактировать ]Используя два измерения потенциала плазмы зондами, коэффициент которых отличаются, можно пассивно определить температуру электронов (без какого-либо входного напряжения или тока). Используя зонд Ленгмюра (с непренебрежимо малым) и шариковый зонд (с которым связан близка к нулю) температура электронов определяется выражением:
где измеряется щупом шариковой ручки, стандартным зондом Ленгмюра и определяется геометрией ленгмюровского зонда , составом плазменного газа, магнитным полем и другими второстепенными факторами ( вторичная электронная эмиссия , расширение оболочки и т. д.). Его можно рассчитать теоретически, его значение составляет около 3 для незамагниченной водородной плазмы. [ 36 ] [ 37 ]
На практике соотношение для щупа шариковой ручки не совсем равно единице, [ 5 ] так что коэффициент должны быть скорректированы эмпирическим значением для :
где
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Адамек, Дж.; Й. Штёкель; М. Грон; Я. Рышавы; М. Тихий; Р. Шритвизер; К. Ионита; П. Балан; Э. Мартинес; Г. Ван Ост (2004). «Новый подход к прямому измерению потенциала плазмы». Чехословацкий физический журнал . 54 (3): 95–99. Бибкод : 2004CzJPS..54C..95A . дои : 10.1007/BF03166386 . ISSN 1572-9486 . S2CID 54869196 .
- ^ Jump up to: а б Адамек, Дж.; Й. Штёкель; И. Дюран; М. Грон; Р. Панек; М. Тихий; Р. Шритвизер; С. Ионит; П. Балан; Э. Мартинес; Г. Ост (2005). «Сравнительные измерения потенциала плазмы шариковой ручкой и эмиссионными зондами на токамаке CASTOR». Чехословацкий физический журнал . 55 (3): 235–242. Бибкод : 2005CzJPh..55..235A . дои : 10.1007/s10582-005-0036-8 . ISSN 0011-4626 . S2CID 54002051 .
- ^ Дж. Адамек, К. Ионита, Р. Шритвизер, Дж. Штёкель, М. Тичи, Г. Ван Ост. «Прямые измерения электронной температуры с помощью шариковой ручки/зонда Ленгмюра», 32-я конференция EPS по физике плазмы. Таррагона, 27 июня – 1 июля 2005 г. ECA Vol.29C, P-5.081 (2005 г.) [1]
- ^ Адамек, Дж.; В. Роде; Х.В. Мюллер; А. Херрманн; К. Ионица; Р. Шритвизер; Ф. Мельманн; Й. Штёкель; Дж. Горачек; Ж. Бротанкова (2009). «Прямые измерения потенциала плазмы в плазме ELMy H-режима с помощью шариковых зондов на токамаке ASDEX Upgrade» . Журнал ядерных материалов . 390–391: 1114–1117. Бибкод : 2009JNuM..390.1114A . дои : 10.1016/j.jnucmat.2009.01.286 . hdl : 11858/00-001M-0000-0026-F6E0-E .
- ^ Jump up to: а б с Адамек, Дж.; Дж. Горачек; Х.В. Мюллер; В. Роде; К. Ионица; Р. Стевизер; Ф. Мельманн; Б. Курзан; Й. Штёкель; Р. Дежарнак; В. Вайнцеттль; Й. Зейдль; М. Петерка (2010). «Измерения шариковой ручкой в L-режиме и H-режиме при обновлении ASDEX» . Вклад в физику плазмы . 50 (9): 854–859. Бибкод : 2010CoPP...50..854A . дои : 10.1002/ctpp.201010145 . S2CID 122712744 .
- ^ Jump up to: а б Адамек, Дж.; Дж. Горачек; Й. Зейдль; Х.В. Мюллер; Р. Шритвизер; Ф. Мельманн; П. Вондрачек; С. Птак (2014). «Прямые измерения потенциала плазмы с помощью шариковой ручки и самоизлучающего зонда Ленгмюра при обновлении КОМПАСА и ASDEX». Вклад в физику плазмы . 54 (4): 279–284. Бибкод : 2014CoPP...54..279A . дои : 10.1002/ctpp.201410072 . S2CID 117937384 .
- ^ Jump up to: а б Й. Адамек, Х. В. Мюллер, Й. Горачек, Р. Шритвизер, П. Вондрачек, Б. Курзан, П. Билкова, П. Бём, М. Афтанас, Р. Панек. «Радиальные профили электронной температуры на COMPASS и ASDEX. Обновление зонда с шариковой ручкой и диагностики томсоновского рассеяния», 41-я конференция EPS по физике плазмы, Берлин, P2.011 [2]
- ^ Горачек, Дж.; Дж. Адамек; Х.В. Мюллер; Й. Зейдль; К. Ионица; Ф. Мельманн; А. Х. Нильсен; В. Роде; Е. Гавличкова (2010). «Интерпретация быстрых измерений потенциала, температуры и плотности плазмы в СОЛ ASDEX Upgrade» . Ядерный синтез . 50 (10): 105001. Бибкод : 2010NucFu..50j5001H . дои : 10.1088/0029-5515/50/10/105001 . hdl : 11858/00-001M-0000-0026-EFA1-2 . S2CID 123227789 .
- ^ Мюллер, Х.В.; Дж. Адамек; Р. Каваццана; Дж. Д. Конвей; К. Фукс; Дж. П. Ганн; А. Херрманн; Дж. Горачек; и др. (2011). «Последние исследования флуктуаций, нитей ELM и турбулентного транспорта в СОЛ ASDEX Upgrade» . Ядерный синтез . 51 (7): 073023. Бибкод : 2011NucFu..51g3023M . дои : 10.1088/0029-5515/51/7/073023 . hdl : 11858/00-001M-0000-0026-EBAB-0 . S2CID 121614262 .
- ^ Jump up to: а б с Адамек, Дж.; Х.В. Мюллер; К. Сильва; Р. Шритвизер; К. Ионица; Ф. Мельманн; С. Костя; Дж. Горачек; Б. Курзан; П. Билкова; П. Бём; М. Афтанас; П. Вондрачек; Й. Штёкель; Р. Панек; Х. Фернандес; Х. Фигейредо (2016). «Профильные измерения электронной температуры на токамаке ASDEX Upgrade, COMPASS и ISTTOK с использованием зондов томсоновского рассеяния, тройного зонда и зонда с шариковой ручкой». Обзор научных инструментов . 87 (4): 043510. Бибкод : 2016RScI...87d3510A . дои : 10.1063/1.4945797 . ПМИД 27131677 .
- ^ Дж. Зайдль, Б. Вановац, Дж. Адамек, Дж. Горачек, Р. Дежарнак, П. Вондрачек, М. Хрон «Зондовое измерение радиального и параллельного распространения нитей ELM в солнечном луче токамака COMPASS», 41-й EPS Конференция по физике плазмы, Берлин, P5.059 [3]
- ^ Лоурейро, Дж.; К. Сильва; Дж. Горачек; Дж. Адамек; Дж. Стокель (2014). «Ширина соскабливаемого слоя параллельного теплового потока на токамаке КОМПАС». Физика и технология плазмы . 1 (3): 121–123. ISSN 2336-2634 . [4]
- ^ Й. Адамек, Й. Зайдль, Р. Панек, М. Комм, П. Вондрачек, Й. Штёкель. «Быстрые измерения температуры электронов в диверторной области токамака COMPASS с использованием шариковой ручки», 42-я конференция EPS по физике плазмы, Лиссабон, P4.101 [5]
- ^ Панек, Р.; Дж. Адамек; М. Афтанас; П. Билкова; П. Бём; Ф. Брошар; П. Кахина; Ж. Кавальер; Р.Дежарнак; М. Димитрова; О. Гровер; Дж. Харрисон; П. Гачек; Й. Гавличек; А. Гавранек; Дж. Горачек; М. Грон; М. Имрисек; Ф. Джанки; А. Кирк; М. Связь; К. Коварик; Дж. Крбек; Л. Крипнер; Т. Маркович; К. Митосинкова; Ж. Млынар; Д. Найденкова; М. Петерка; Й. Зейдль; Й. Штёкель; Е. Стефаникова; М. Томес; Дж. Урбан; П. Вондрачек; М. Варавин; Ж. Варью; В. Вайнцеттль; Дж. Заяк (2016). «Состояние токамака КОМПАС и характеристика первой H-моды» . Физика плазмы. Контроль. Слияние . 58 (1): 014015. Бибкод : 2016PPCF...58a4015P . дои : 10.1088/0741-3335/58/1/014015 .
- ^ Гровер, О.; Дж. Адамек; Й. Зейдль; А. Девитре; М. Сос; П. Вондрачек; П. Билкова; М. Хрон (2017). «Первые одновременные измерения напряжения Рейнольдса с помощью шариковой ручки и зондов Ленгмюра». Обзор научных инструментов . 88 (6): 063501. Бибкод : 2017RScI...88f3501G . дои : 10.1063/1.4984240 . ПМИД 28668002 .
- ^ Адамек, Дж.; Й. Зейдль; М. Комм; В. Вайнцеттль; Р. Панек; Й. Штёкель; М. Грон; П. Гачек; М. Имрисек; П. Вондрачек; Дж. Горачек; А. Девитре (2017). «Быстрые измерения электронной температуры и параллельного теплового потока в H-режиме ELMy на токамаке COMPASS» . Ядерный синтез . 57 (2): 022010. Бибкод : 2017NucFu..57b2010A . дои : 10.1088/0029-5515/57/2/022010 . S2CID 125525532 .
- ^ Адамек, Дж.; Й. Зейдль; Дж. Горачек; М. Связь; Т. Эйх; Р. Панек; Ж. Кавальер; А. Девитре; М. Петерка; П. Вондрачек; Й. Штёкель; Д. Сестак; О. Гровер; П. Билкова; П. Бём; Ж. Варью; А. Гавранек; В. Вайнцеттль; Дж. Ловелл; М. Димитрова; К. Митосинкова; Р. Дежарнак; М. Хрон (2017). «Измерение электронной температуры и тепловой нагрузки в диверторе КОМПАС с использованием новой системы датчиков» . Ядерный синтез . 57 (11): 116017. Бибкод : 2017NucFu..57k6017A . дои : 10.1088/1741-4326/aa7e09 . hdl : 11858/00-001M-0000-002D-BA59-3 . S2CID 125143428 .
- ^ Сильва, К.; Дж. Адамек; Х. Фернандес; Х. Фигейредо (2015). «Сравнение свойств флуктуаций, измеренных ленгмюровскими и шариковыми зондами в пограничной плазме ISTTOK». Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез . 57 (2): 025003. Бибкод : 2015PPCF...57b5003S . CiteSeerX 10.1.1.691.3443 . дои : 10.1088/0741-3335/57/2/025003 . S2CID 59151012 .
- ^ Уокден, Северная Каролина; Дж. Адамек; С. Аллан; Б.Д. Дадсон; С. Элмор; Г. Фишпул; Дж. Харрисон; А. Кирк; М. Комм (2015). «Измерения профиля на плазменной кромке MAST с помощью шариковой ручки». Обзор научных инструментов . 86 (2): 023510. arXiv : 1411.7298 . Бибкод : 2015RScI...86b3510W . дои : 10.1063/1.4908572 . ПМИД 25725845 . S2CID 21518172 .
- ^ Н. Р. Уокден, «Свойства прерывистого транспорта в мегаамперном сферическом токамаке», докторская диссертация, [6]
- ^ Jump up to: а б с Адамек, Иржи; Матей Петерка; Томаз Гердьек; Павел Кудрна; Мирко Рамиш; Ульрих Строт; Джордан Кавальер; Милан Тичи (2013). «Применение зонда-шариковой ручки в двух низкотемпературных установках с намагниченной плазмой и в торсатроне TJ-K». Вклад в физику плазмы . 53 (1): 39–44. Бибкод : 2013CoPP...53...39A . дои : 10.1002/ctpp.201310007 . S2CID 120969312 .
- ^ «Динамика и диагностика плазмы | Институт межфазных процессов и плазменных технологий | Штутгартский университет» . 13 сентября 2023 г.
- ^ «Добро пожаловать на сайт Consorzio RFX» . Архивировано из оригинала 1 сентября 2009 г. Проверено 26 июня 2020 г.
- ^ Майкл, Калифорния; Ф. Чжао; Б. Блэквелл; МФЖ Вос; Ж. Бротанкова; С.Р. Хаски; Б. Зейвальд; Дж. Ховард (2017). «Влияние магнитной конфигурации на краевую турбулентность и транспорт в гелиаке H-1» (PDF) . Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез . 59 (2): 024001. Бибкод : 2017PPCF...59b4001M . дои : 10.1088/1361-6587/59/2/024001 . hdl : 1885/112461 . S2CID 73588015 .
- ^ Хоул, MJ; Б.Д. Блэквелл; Г. Боуден; М. Коул; А. Коэнис; Калифорния Майкл; Ф. Чжао; С.Р. Хаски (2017). «Глобальные собственные альфвеновские моды в гелиаке H-1». Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез . 59 (12): 125007. arXiv : 1704.02089 . Бибкод : 2017PPCF...59l5007H . дои : 10.1088/1361-6587/aa8bdf . S2CID 119096017 .
- ^ Горанневисс, М.; С. Мешкани (2016). «Методы улучшения удержания плазмы в токамаке IR-T1». Международный журнал водородной энергетики . 41 (29): 12555–12562. Бибкод : 2016IJHE...4112555G . doi : 10.1016/j.ijhydene.2016.03.075 . [7]
- ^ Дж. Церовский, М. Фарник, М. Сос, Дж. Свобода, О. Фикер, М. Хетфлейс, П. Свихра, М. Шкут, О. Гровер, Дж. Веверка, В. Свобода, Дж. Стокель, Дж. , Адамек, М. Димитрова, «Токамак ГОЛЕМ для термоядерного образования», 44-я конференция EPS по плазме. Физика, 26–30 июня 2017 г., Белфаст, Северная Ирландия (Великобритания), P1.107, [8]
- ^ Jump up to: а б Адамек, Иржи; Дж. Адамек; М. Петерка; П. Кудрна; М. Тичи Т.; Гергек (2012). «Диагностика намагниченной низкотемпературной плазмы шариковым зондом» (PDF) . Нуклеоника . 57 (2): 297–300.
- ^ Занаска, Михал; Дж. Адамек; М. Петерка; П. Кудрна; М. Тичи (2015). «Сравнительные измерения потенциала плазмы шариковой ручкой и зондом Ленгмюра в низкотемпературной замагниченной плазме». Физика плазмы . 22 (3): 033516. Бибкод : 2015PhPl...22c3516Z . дои : 10.1063/1.4916572 .
- ^ Петерка М., «Экспериментальное и теоретическое исследование использования зондовых методов для диагностики плазмы», Дипломная работа, кафедра наук о поверхности и плазме, факультет математики и физики Карлова университета в Праге, 2014 г. (только чешский язык) [9]
- ^ Занаска М., «Измерение потенциала плазмы с помощью шариковой ручки и зонда Ленгмюра», бакалаврская диссертация, кафедра наук о поверхности и плазме, факультет математики и физики Карлова университета в Праге, 2013 г. (только чешский язык) [10]
- ^ Ж. Буслен, Ж. Кавалье, Ж. Адамек, Ж. Бономм. «Измерения шариковой ручкой в низкотемпературной намагниченной плазме», 39-я конференция EPS и 16-я Международная конференция. Конгресс по физике плазмы, Стокгольм, Швеция, P4.042 (2012) [11]
- ^ Буслен, Г.; Ж. Кавальер; Дж. Ф. Паутекс; С. Эро; Н. Лемуан; Дж. Боном (2013). «Разработка и валидация шарикового зонда для измерений в низкотемпературной замагниченной плазме» . Обзор научных инструментов . 84 (1): 013505–013505–8. Бибкод : 2013RScI...84a3505B . дои : 10.1063/1.4775491 . ISSN 0034-6748 . ПМИД 23387648 .
- ^ Ковачич, Джерней; Саламон, Лино; Икович, Габриела; Гердьек, Томаз; Фонда, Борис (2016). «Диагностика шариковой ручкой слабо намагниченного разрядного плазменного столба». Материалы 1-й конференции EPS по диагностике плазмы — PoS (ECPD2015) . п. 052. дои : 10.22323/1.240.0052 .
- ^ Сильва, К.; Дж. Адамек; Х. Фернандес; Х. Фигейредо (2014). «Сравнение свойств флуктуаций, измеренных ленгмюровскими и шариковыми зондами в пограничной плазме ISTTOK». Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез . 57 (2): 025003. Бибкод : 2015PPCF...57b5003S . CiteSeerX 10.1.1.691.3443 . дои : 10.1088/0741-3335/57/2/025003 . S2CID 59151012 .
- ^ Stangeby PC: Плазменная граница устройств магнитного синтеза, Издательство Института физики. Бристоль и Филадельфия (2000).
- ^ Хатчинсон И.Х.: Принципы диагностики плазмы, издательство Кембриджского университета (1992).
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Кандидатская диссертация, Иржи Адамек (чешский и английский языки)
- Обзор: Конструкция зонда с шариковой ручкой, теория и первые результаты при использовании различных термоядерных устройств .
- Исследование всплесков тока плазмы и общий анализ снимков H-моды в токамаке COMPASS
- Электрические зондовые измерения на токамаке COMPASS
- Зондовые измерения на токамаке COMPASS
- Сканирующий ионно-чувствительный зонд для измерения профиля плазмы на границе токамака Alcator C-Mod
- Разработка зондов для оценки ионного теплопереноса и теплового потока оболочки на границе токамака Alcator C-Mod [ постоянная мертвая ссылка ]
- Видео: Временная эволюция ELM типа I в диверторной области токамака COMPASS.
- Новый дивертор Шариковая ручка и зонды Ленгмюра на токамаке КОМПАС.