Jump to content

Зонд с шариковой ручкой

Зонд с шариковой ручкой использовался на токамаке CASTOR в 2004 году. Коллектор из нержавеющей стали движется внутри керамической (нитрид бора) защитной трубки.
Схематическое изображение одиночного зонда с шариковой ручкой. Ионы (красный цвет) имеют большой гиромагнитный радиус и могут легче достичь коллектора, чем электроны (синий цвет).

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 ]

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 ]
Потенциал и ln(R) шариковой ручки для различных положений коллектора.

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:

  1. 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.
  2. 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

  1. ^ 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 .
  2. ^ 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 .
  3. ^ 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]
  4. ^ 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 .
  5. ^ 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 .
  6. ^ 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 .
  7. ^ 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]
  8. ^ 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 .
  9. ^ 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 .
  10. ^ 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 .
  11. ^ 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]
  12. ^ 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]
  13. ^ 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]
  14. ^ 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 .
  15. ^ 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 .
  16. ^ 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 .
  17. ^ 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 .
  18. ^ 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 .
  19. ^ 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 .
  20. ^ Н. Р. Уокден, «Свойства прерывистого транспорта в мегаамперном сферическом токамаке», докторская диссертация, [6]
  21. ^ 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 .
  22. ^ «Динамика и диагностика плазмы | Институт межфазных процессов и плазменных технологий | Штутгартский университет» . 13 сентября 2023 г.
  23. ^ «Добро пожаловать на сайт Consorzio RFX» . Архивировано из оригинала 1 сентября 2009 г. Проверено 26 июня 2020 г.
  24. ^ 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 .
  25. ^ 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 .
  26. ^ 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]
  27. ^ 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]
  28. ^ 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.
  29. ^ 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 .
  30. ^ 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]
  31. ^ 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]
  32. ^ 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]
  33. ^ 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 .
  34. ^ 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 .
  35. ^ 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 .
  36. ^ Stangeby PC: Плазменная граница устройств магнитного синтеза, Издательство Института физики. Бристоль и Филадельфия (2000).
  37. ^ Хатчинсон И.Х.: Принципы диагностики плазмы, издательство Кембриджского университета (1992).
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: b9a66d930b816227bf99ff2b792b32cd__1721537700
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/b9/cd/b9a66d930b816227bf99ff2b792b32cd.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Ball-pen probe - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)