уравнение непрерывности плотности потока этих частиц в шестимерном фазовом пространстве

6.2.2. Оптические методы исследования плазмы

Сведения о параметрах плазмы путём анализа излучения могут быть получены несколькими способами:

·из линейчатого спектра плазмы;

·из сплошного (тормозного или рекомбинационного) излучения;

·из анализа контура спектральных линий.

Рассмотрим эти способы несколько подробнее. Линейчатый спектр

плазмы используется для нахождения средней энергии электронов в предположении, что возбуждение атомов осуществляется при прямых электронных ударах (пренебрегается вторичными процессами) с последующим спонтанным излучением. При этом практически наиболее удобно регистрировать относительные интенсивности двух линий,

Если известна зависимость сечения возбуждёния соответствующих уровней от энергии электронов и задан вид функции распределения, можно определить среднюю энергию электронов. Метод ограничен сравнительно узким диапазоном условий, трудностью выбора подходящей пары линий и сложностью обработки результатов. Форма и интенсивность непрерывного спектра излучения плазмы определяется протеканием следующих процессов:

тормозным излучением при взаимодействии электронов с ионами и рекомбинационным излучением при радиационном захвате электрона ионом.

Скорость протекания каждого процесса является функцией концентраций заряженных частиц и их температуры. Сложный характер зависимости интенсивности от электронной температуры приводит к тому, что в

определённых условиях интенсивность излучения в некотором спектральном интервале может настолько слабо зависеть от температуры, что из абсолютной интенсивности участка спектра можно получить концентрацию, имея весьма ограниченную информацию о температуре. С другой стороны,

экспоненциальный характер зависимости интенсивности от частоты излучения и температуры позволяет определять электронную температуру по коротковолновой части спектра даже в том случае, когда концентрация заряженных частиц неизвестна. Метод применяется в основном в плазме с высокой концентрацией заряженных частиц.

Контуры спектральных линий атомов или ионов деформируются под действием различных причин, каждая из которых вносит свой вклад в форму контура. Кроме так называемого аппаратурного контура, ширина которого определяется характеристиками спектрального прибора, имеют место

114

доплеровское уширение спектральных линий, определяемое тепловым движением тяжёлых частиц, штарковское уширение, связанное с действием электрических полей заряженных частиц. По доплеровскому уширению определяют обычно температуру ионов, а по штарковскому – концентрацию заряженных частиц в плазме. Необходимо отметить, что методы, связанные с анализом контура линии, кроме сложной аппаратуры, требует чрезвычайно тщательной, скрупулёзной обработки данных. Основным достоинством

оптических методов диагностики плазмы является отсутствие возмущения плазмы. Эти методы чаще используются при исследовании плотной высокотемпературной плазмы.

6.2.3. Сверхвысокочастотные методы диагностики плазмы

Схема, используемая для просвечивания плазмы СВЧ излучением, очень проста. Микроволновый сигнал фиксированной частоты, поступающий через волновод в направленную антенну, проходит сквозь плазму, а затем регистрируется детектором, снабжённым приёмной антенной.

Распространение электромагнитных волн в плазме определяется значением диэлектрической постоянной.

В той области температур и концентраций, где Е не зависит от частоты кулоновских столкновений, имеет место однозначная связь между

электромагнитная волна, падая на плазму достаточно высокой концентрации, испытывает полное внутреннее отражение и не попадает в плазму. Следовательно, если на пути СВЧ-излучения с фиксированной длиной волны имеется область, занимаемая плазмой, концентрация которой возрастает со временем, то при выполнении условия w0 > w детектор перестаёт регистрировать излучение, прошедшее через плазму. Максимальная концентрация плазмы на пути пучка в этот момент равна:

где w – угловая частота электромагнитной волны; n – частота столкновений электронов в плазме.

где l – длина волны СВЧ излучения, см.

Такой метод определения концентрации плазмы носит название метода отсечки. Существует и ряд других методов СВЧ-диагностики плазмы,

115