Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Кролл Н. -> "Основы физики плазмы" -> 57

Основы физики плазмы - Кролл Н.

Кролл Н., Трейвелпис А. Основы физики плазмы — М.: Мир, 1975. — 526 c.
Скачать (прямая ссылка): osnovifizikiplasmi1975.djvu
Предыдущая << 1 .. 51 52 53 54 55 56 < 57 > 58 59 60 61 62 63 .. 226 >> Следующая


Фиг. 52. Блок-схема СВЧ-интерферометра*

Установка применяется для определения плотности плазмы путем измерения фазового сдвига волны.

прошедшей через плазму.
ВОЛНЫ В ПЛАЗМЕ. ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ

131

Фиг. 53. Результаты измерения плотности электронов в нестационарной плазме [5J.

Приведены записи СВЧ-сигналов, прошедших через плазму (б), а также на выходе квадратичного видеодетектора в схеме интерферометра на частотах 90 ГГц (в) и 7 0 ГГц (г). Приведена зависимость (а) плотности электронов от времени, вычисленная по этим измерениям.

каналу, поэтому на детекторе возникает сигнал. Когда фазовый сдвиг в первоначально скомпенсированной системе достигает я, сигналы усиливают друг друга. Когда при дальнейшем возрастании фазовый сдвиг волны, прошедшей через плазму, достигает 2я, сигналы снова погашают друг друга. Это повторяется через каждый фазовый сдвиг на я и 2я, пока не происходит отсечка. Система описанного типа называется СВЧ-интерферометром и весьма удобна для определения изменения плотности нестационарной плазмы. На фиг. 53 представлены типичные результаты измерений для нестационарной плазмы. По мере увеличения плотности плазмы сигнал на выходе детектора проходит через последовательные нули всякий раз, как фазовый сдвиг волны, прошедшей через плазму, возрастает на 2я. Фазовый сдвиг волны, распространяющейся в плазме, определяется диэлектрической проницаемостью плазмы, которая зависит от ее плотности. В слое однородной плазмы толщиной L зависимость фазового сдвига от плотности имеет вид

<4М>

Подставляя в это соотношение измеренный фазовый сдвиг и разрешая его относительно плазменной частоты, можно найти плотность плазмы.
Трансформатор, модулирующии ток

разрядному току

Фиг. 54. Блок-схема экспериментальной установки для измерений отражения электромагнитных волн от

плазменного столба в условиях резонанса.
ВОЛНЫ В ПЛАЗМЕ. ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ

Следует заметить, что, когда плотность плазмы возрастает до критического значения (со = (Dp), прошедший сигнал обращается в нуль и суммарный сигнал на выходе детектора остается постоянным и равным опорному сигналу. Это обстоятельство обеспечивает контрольную точку при измерениях плотности. Когда плотность плазмы падает ниже критической, опять появляется прошедший сигнал и разворачивается та же картина с относительным фазовым сдвигом.

Такой метод диагностики плазмы применяется также для плазмы, находящейся в магнитном поле, однако в этом случае при вычислении фазового сдвига с помощью соответствующего закона дисперсии следует учитывать тензорную структуру диэлектрической проницаемости (§ 9).

§ 7. РЕЗОНАНСНЫЕ КОЛЕБАНИЯ ПЛАЗМЕННОГО СТОЛБА

В качестве простого эксперимента, который может быть объяснен на языке диэлектрической проницаемости плазмы, можно взять исследование собственных дипольных (или мультипольных более высокого порядка) резонансных колебаний плазменного столба. Такой эксперимент впервые был поставлен Тонксом [7], который изучал свойства плазменных газоразрядных столбов. В последнее время этот эксперимент был повторен многими исследователями и оказался очень полезным для стимулирования работг которые привели к подтверждению дисперсионного уравнения для длинноволновых колебаний в горячей плазме [со2 = (ор + (3кТІт) к2], известного как дисперсионное уравнение Бома — Гросса [8] *).

На фиг. 54 представлена схема этого эксперимента. Сигнал от СВЧ-гене-ратора поступает в волновод с критической длиной волны 10 см. Столб термоэмиссионного дугового разряда (диаметром ~ 1 см) располагается под прямым углом к вектору электрического поля волны, входящей в волновод. Два направленных ответвителя отбирают часть энергии падающей и отраженной волн. В волноводе после разрядного столба имеется согласованная нагрузка для исключения паразитных отражений. В эксперименте измеряется отношение мощности отраженной от плазмы волны к мощности падающей волны в зависимости от плотности плазмы. Это отношение называется коэффициентом отражения. В типичном эксперименте разрядный столб создается за счет термоэмиссионного разряда в парах ртути при таком давлении (10“3 мм рт. ст.), при котором плотность электронов в плазме пропорциональна полному току разряда /разр. В этом режиме средняя длина свободного пробега электронов в плазме много больше диаметра области разряда, поэтому плазма ведет себя так, как будто в ней отсутствуют столкновения. Следовательно, можно измерить коэффициент отражения при фиксированной частоте падающей волны в зависимости от плазменной частоты (сор ~ пе ~

^ -^разр)*

Для получения теоретически возможных результатов эксперимента удобно идеализировать эксперимент, предположив, что электрическое поле падающей волны не меняется вдоль плазменного столба и что разрядный столб не ограничен стенками стеклянной трубки, которая должна быть в лабораторном эксперименте. Идеализированная модель плазменного столба показана на фиг. 55.

Если длина падающей волны много больше радиуса плазменного столба (X а), электрическое поле вблизи столба почти потенциальное (т. е. rot E « 0) и распределение поля можно найти с помощью скалярного потенциала:
Предыдущая << 1 .. 51 52 53 54 55 56 < 57 > 58 59 60 61 62 63 .. 226 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed