Экспериментальное исследование параметров плазы емкостного высокочастотного разряда (ЕВЧР) (стр. 4 из 6)
(23)Здесь S – площадь собирающей поверхности зонда.
Если отталкивающие частицы – ионы, то для ионного тока можно получить аналогичные выражения путем замены Те=Тi, m=М, φе =-φе. Ионный ток насыщения равен:
(24)С уменьшением Vотносительно Voможно достигнуть такого положения, при котором ионный и электронный токи сравняются по абсолютной величине и полностью компенсируют друг друга, так что суммарный ток на зонд обратится в ноль. Потенциал зонда, при котором это осуществляется, обычно называется «плавающим потенциалом».
Он определяется из выражений для электронного и ионного токов.
(25)Вклад ионного тока в суммарный ток зонда, очевидно, существен только при V<Vпл.
2. Экспериментальное исследование емкостного высокочастотного разряда
2.1 Описание экспериментальной установки
Эксперимент делался на двух газоразрядных трубках цилиндрической формы, изготовленные из свинцового стекла. Длина одной трубки 280 мм, ее диаметр 18 мм. К торцам трубки припаяны электроды промышленного производства фирмы EngineeringGlassLaboratories марки 8СМС. Каждый электрод представляет собой металлический «стакан» цилиндрической формы (длина 19 мм, диаметр 8 мм). В трубке находится еще третий электрод, изготовленный и имеющий те же параметры, что и два последних. Он помещен в центре трубки и в эксперименте играл роль зонда Ленгмюра. Ко всем трем электродам наружу выведены два гибких контактных провода из никелевого сплава диаметром 0.8 мм (рис. 6).
В трубке находится неон при давлении 0.1 мм рт. ст. Данную трубку использовали на методе зондов Ленгмюра при частоте 4 МГц.
Другая трубка содержит два электрода, расстояние между которыми 31 см, диаметр трубки 3,85 см. Для того, чтобы закачать воздух или аргон в трубку при необходимом давлении использовали неоновый завод Daco.
Рис. 7 Газоразрядная трубка с двумя электродами
Рис. 8 Схема неонового завода Daco
Рис. 9 Схема реального ВЧ генератора с согласующим элементом и разрядной нагрузкой
2.2 Методика измерений
Зависимость напряжения зажигания трубки от давления газа
Рис. 10 Принципиальная схема установки
Экспериментально полученные кривые Пашена для аргона при различных частотах:
| P*d, мм рт. ст.*мм | U, В |
| 77,5 | 720 |
| 167,7 | 257 |
| 275,9 | 550 |
| 288,9 | 600 |
| 310 | 688 |
| P*d, мм рт. ст.*мм | U, В |
| 155 | 550 |
| 311 | 228 |
| 508 | 600 |
| 553 | 713 |
| P*d, мм рт. ст.*мм | U, В |
| 194 | 2180 |
| 232,5 | 1760 |
| 387,5 | 170 |
| 536 | 1560 |
| 591 | 2200 |
Экспериментально полученные кривые Пашена для воздуха при различных частотах:
| P*d, мм рт. ст.*мм | U, В |
| 207 | 2200 |
| 232,5 | 1750 |
| 311 | 300 |
| 387,5 | 1800 |
| 405 | 2260 |
| P*d, мм рт. ст.*мм | U, В |
| 137 | 1110 |
| 193 | 750 |
| 310 | 240 |
| 465 | 1200 |
| Р*d, мм рт. ст.*мм | U, В |
| 77,5 | 1710 |
| 108,5 | 1330 |
| 225 | 190 |
| 341 | 1400 |
| 370 | 1750 |
Зондовые характеристики емкостного высокочастотного разряда
В работе проводились также зондовые характеристики, позволяющие определить температуру электронов и концентрацию заряженных частиц. Для этого разрядная трубка включалась по схеме (11):
Достоинством метода является возможность проведения локальных измерений и сравнительная простота необходимого оборудования. К недостаткам можно отнести сложность теории и, как следствие, большую погрешность измерений и трудность ее оценки.
К зонду прикладывался отрицательный по отношению к аноду потенциал. С помощью вольтметра и микроамперметра поточечно снимается вольтамперная характеристика зонда. По графику определяется плавающий потенциал, отвечающий условию
. В нашем случае он равен 8.8 В. На участке с 
ионный ток не вносит значительного вклада в суммарный ток на зонд. Эта часть вольтамперной характеристики строится в полулогарифмическом масштабе. 
Рис. 12 Экспериментальная зондовая характеристика
Рис. 13 Полулогарифмическая зондовая характеристика
Из (24) имеем
(26)При наличии в плазме максвелловского распределения на полулогарифмическом графике обнаруживается линейный участок тангенс угла наклона этого участка, равен
. Отсюда определяется электронная температура: 
(27)В знаменателе этой дроби стоит угловой коэффициент, определяемый следующим образом: на линейном участке логарифмической зондовой характеристики выбирается малый интервал
и отвечающий ему интервал 
. Их отношение равно тангенсу угла наклона линейного участка кривой.Формулу (27) можно переписать в виде
(28)В (28) ток выражен в амперах, напряжение в вольтах, а температура в градусах Кельвина.
Найденная таким методом электронная температура в нашем эксперименте оказалась равна 16800 К.
Подвижность положительных ионов в неоне при давлении 0.1 мм рт. ст.
Концентрация положительных ионов определялась по формуле:
, (29)Где
- ток на катод (в нашем случае 
), е – заряд электрона, 
- напряженность поля около катода, 
- подвижность положительных ионов.Отсюда находим концентрацию:
| Параметр | Значение |
| Напряжение зажигания аргона при частотах (1 МГц, 2 МГц, 4 МГц), В | 250 – 750; 220 – 720; 150 – 2300 |
| Напряжение зажигания воздуха при частотах (1 МГц, 2 МГц, 4 МГц), В | 300 – 2300; 225 – 725; 180 – 1800 |
| Напряжение потухания аргона при частотах (1 МГц, 2 МГц, 4 МГц), В | 200 – 700; 150 – 600; 100 – 500 |
| Напряжение потухания воздуха при частотах (1 МГц, 2 МГц, 4 МГц), В | 200 – 1500; 150 – 500; 100 – 1000 |
| Напряжение горения аргона при частотах (1 МГц, 2 МГц, 4 МГц), В | 1500–2000 |
| Напряжение горения воздуха при частотах (1 МГц, 2 МГц, 4 МГц), В | 1500–1800, |
| Электронная температура, К | 16800 |
Ток горения,  | 60 |
Подвижность положительных ионов,  | 15200 |
Концентрация положительных ионов,  |  |
Исследование высокочастотного разряда в аргоне бесконтактным методом
Емкостной ВЧ разряд (ЕВЧР) возникает в разряженном газе (0,1–100 мм рт. ст.), находящемся в электрическом поле между плоскими электродами. При этом мгновенное значение тока между электродами есть сумма двух слагаемых: тока «смещения» и тока проводимости. Ток «смещения», согласно уравнениям Максвелла пропорционален скорости изменения вектора электрического поля, т.е. пропорционален частоте электрического поля от внешнего генератора высокой частоты [2].