लैंगमुइर जांच

वह के अंतरिक्ष वाहन रोसेटा (अंतरिक्ष यान) पर उप्साला में स्वीडिश इंस्टीट्यूट ऑफ स्पेस फिजिक्स से दो लैंगमुइर जांच में से एक, 67P/Churyumov-Gerasimenko के कारण। जांच गोलाकार भाग है, व्यास में 50 मिमी और टाइटेनियम नाइट्राइड की सतह कोटिंग के साथ टाइटेनियम से बना है।

एक Langmuir जांच एक उपकरण है जिसका उपयोग इलेक्ट्रॉन तापमान, इलेक्ट्रॉन घनत्व और प्लाज्मा (भौतिकी) की विद्युत क्षमता को निर्धारित करने के लिए किया जाता है। यह विभिन्न इलेक्ट्रोडों के बीच या उनके और आसपास के पोत के बीच एक स्थिर या समय-भिन्न विद्युत क्षमता के साथ एक प्लाज्मा में एक या एक से अधिक इलेक्ट्रोड डालकर काम करता है। इस प्रणाली में मापी गई धाराएं और क्षमता प्लाज्मा के भौतिक गुणों के निर्धारण की अनुमति देती हैं।

==I-V डिबाई शीथ == की विशेषता

लैंगमुइर जांच सिद्धांत की शुरुआत वर्तमान-वोल्टेज विशेषता है | डेबी म्यान की I-V विशेषता, यानी, शीथ में वोल्टेज ड्रॉप के एक समारोह के रूप में प्लाज्मा में सतह पर प्रवाहित होने वाला वर्तमान घनत्व। यहां प्रस्तुत विश्लेषण इंगित करता है कि कैसे इलेक्ट्रॉन तापमान, इलेक्ट्रॉन घनत्व और प्लाज्मा क्षमता I-V विशेषता से प्राप्त की जा सकती है। कुछ स्थितियों में अधिक विस्तृत विश्लेषण से आयन घनत्व के बारे में जानकारी मिल सकती है ($n_{i}$), आयन तापमान $T_{i}$, या इलेक्ट्रॉन ऊर्जा वितरण समारोह (भौतिकी) (EEDF) या $f_{e}(v)$.

आयन संतृप्ति वर्तमान घनत्व

पहले एक बड़े नकारात्मक वोल्टेज के पक्षपाती सतह पर विचार करें। यदि वोल्टेज काफी बड़ा है, अनिवार्य रूप से सभी इलेक्ट्रॉनों (और किसी भी नकारात्मक आयनों) को खदेड़ दिया जाएगा। आयन वेग बोहम शीथ कसौटी को पूरा करेगा, जो सख्ती से बोल रहा है, एक असमानता है, लेकिन जो आम तौर पर आंशिक रूप से पूरी होती है। बोहम कसौटी अपने सीमांत रूप में कहती है कि म्यान किनारे पर आयन वेग केवल द्वारा दी गई ध्वनि गति है

$c_{s}={\sqrt {k_{B}(ZT_{e}+\gamma _{i}T_{i})/m_{i}}}$.

आयन तापमान शब्द की अक्सर उपेक्षा की जाती है, जो आयनों के ठंडे होने पर उचित है। यहां तक ​​​​कि अगर आयनों को गर्म होने के लिए जाना जाता है, तो आयन का तापमान आमतौर पर ज्ञात नहीं होता है, इसलिए इसे आमतौर पर इलेक्ट्रॉन तापमान के बराबर माना जाता है। उस स्थिति में, परिमित आयन तापमान पर विचार करने से केवल एक छोटे संख्यात्मक कारक का परिणाम होता है। Z आयनों की (औसत) आवेश अवस्था है, और $\gamma _{i}$ आयनों के लिए रुद्धोष्म गुणांक है। का उचित चुनाव $\gamma _{i}$ कुछ विवाद का विषय है। अधिकांश विश्लेषण उपयोग करते हैं $\gamma _{i}=1$, इज़ोटेर्माल आयनों के अनुरूप, लेकिन कुछ गतिज सिद्धांत यह सुझाव देते हैं $\gamma _{i}=3$. के लिए $Z=1$ और $T_{i}=T_{e}$, बड़े मान का उपयोग करने से यह निष्कर्ष निकलता है कि घनत्व है ${\sqrt {2}}$ गुना छोटा। Langmuir जांच डेटा के विश्लेषण में इस परिमाण की अनिश्चितता कई स्थानों पर उत्पन्न होती है और इसे हल करना बहुत कठिन होता है।

आयनों का आवेश घनत्व आवेश अवस्था Z पर निर्भर करता है, लेकिन प्लाज्मा (भौतिकी) # प्लाज्मा क्षमता किसी को इसे इलेक्ट्रॉन घनत्व के संदर्भ में लिखने की अनुमति देती है $q_{e}n_{e}$, कहाँ $q_{e}$ एक इलेक्ट्रॉन का प्रभार है और $n_{e}$ इलेक्ट्रॉनों की संख्या घनत्व है।

इन परिणामों का उपयोग करके हमारे पास आयनों के कारण सतह पर वर्तमान घनत्व है। बड़े नकारात्मक वोल्टेज पर वर्तमान घनत्व केवल आयनों के कारण होता है और संभावित म्यान विस्तार प्रभावों को छोड़कर, बायस वोल्टेज पर निर्भर नहीं करता है, इसलिए यह है आयन संतृप्ति वर्तमान घनत्व के रूप में संदर्भित किया जाता है और इसके द्वारा दिया जाता है

$j_{i}^{max}=q_{e}n_{e}c_{s}$ कहाँ $c_{s}$ जैसा कि ऊपर परिभाषित किया गया है।

प्लाज्मा पैरामीटर, विशेष रूप से, घनत्व, म्यान किनारे पर हैं।

घातीय इलेक्ट्रॉन धारा

जैसे-जैसे डेबी आच्छद का वोल्टेज कम होता है, अधिक ऊर्जावान इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रोस्टैटिक आच्छद के संभावित अवरोध को दूर करने में सक्षम होते हैं। हम मैक्सवेल-बोल्ट्ज़मैन वितरण के साथ म्यान किनारे पर इलेक्ट्रॉनों को मॉडल कर सकते हैं, अर्थात,

$f(v_{x})\,dv_{x}\propto e^{-{\frac {1}{2}}m_{e}v_{x}^{2}/k_{B}T_{e}}$,

सिवाय इसके कि सतह से दूर जाने वाली उच्च ऊर्जा पूंछ गायब है, क्योंकि केवल कम ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉन सतह की ओर बढ़ रहे हैं परावर्तित होते हैं। उच्च ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉन म्यान क्षमता को पार कर जाते हैं और अवशोषित हो जाते हैं। म्यान के वोल्टेज को दूर करने में सक्षम इलेक्ट्रॉनों का औसत वेग है

$\langle v_{e}\rangle ={\frac {\int _{v_{e0}}^{\infty }f(v_{x})\,v_{x}\,dv_{x}}{\int _{-\infty }^{\infty }f(v_{x})\,dv_{x}}}$,

जहां ऊपरी अभिन्न के लिए कट-ऑफ वेग है

$v_{e0}={\sqrt {2q_{e}\Delta V/m_{e}}}$.

$\Delta V$ डेबी शीथ के पार वोल्टेज है, यानी शीथ किनारे पर क्षमता से सतह की क्षमता घटा दी जाती है। इलेक्ट्रॉन तापमान की तुलना में बड़े वोल्टेज के लिए, परिणाम है

$\langle v_{e}\rangle ={\sqrt {\frac {k_{B}T_{e}}{2\pi m_{e}}}}\,e^{-q_{e}\Delta V/k_{B}T_{e}}$.

इस व्यंजक के साथ, हम आयन संतृप्ति धारा के संदर्भ में जांच के लिए वर्तमान में इलेक्ट्रॉन योगदान को लिख सकते हैं

$j_{e}=j_{i}^{max}{\sqrt {m_{i}/2\pi m_{e}}}\,e^{-q_{e}\Delta V/k_{B}T_{e}}$,

तब तक मान्य है जब तक इलेक्ट्रॉन धारा आयन धारा के दो या तीन गुना से अधिक नहीं है।

फ़्लोटिंग क्षमता

कुल धारा, निश्चित रूप से, आयन और इलेक्ट्रॉन धाराओं का योग है:

$j=j_{i}^{max}\left(-1+{\sqrt {m_{i}/2\pi m_{e}}}\,e^{-q_{e}\Delta V/k_{B}T_{e}}\right)$.

हम सम्मेलन का उपयोग कर रहे हैं कि सतह से प्लाज्मा में प्रवाह सकारात्मक है। एक दिलचस्प और व्यावहारिक प्रश्न एक ऐसी सतह की क्षमता है जिसमें कोई शुद्ध धारा प्रवाहित नहीं होती है। उपरोक्त समीकरण से यह आसानी से देखा जा सकता है कि

$\Delta V=(k_{B}T_{e}/q_{e})\,(1/2)\ln(m_{i}/2\pi m_{e})$.

अगर हम आयन कम द्रव्यमान पेश करते हैं $\mu _{i}=m_{i}/m_{e}$, हम लिख सकते हैं

$\Delta V=(k_{B}T_{e}/q_{e})\,(2.8+0.5\ln \mu _{i})$ चूंकि फ्लोटिंग पोटेंशिअल प्रयोगात्मक रूप से सुलभ मात्रा है, वर्तमान (इलेक्ट्रॉन संतृप्ति के नीचे) आमतौर पर इस रूप में लिखा जाता है

$j=j_{i}^{max}\left(-1+\,e^{q_{e}(V_{0}-\Delta V)/k_{B}T_{e}}\right)$.

इलेक्ट्रॉन संतृप्ति वर्तमान

जब इलेक्ट्रोड क्षमता प्लाज्मा क्षमता के बराबर या उससे अधिक होती है, तो इलेक्ट्रॉनों को प्रतिबिंबित करने के लिए कोई आवरण नहीं रह जाता है, और इलेक्ट्रॉन वर्तमान संतृप्त होता है। ऊपर दिए गए माध्य इलेक्ट्रॉन वेग के लिए बोल्ट्जमैन अभिव्यक्ति का उपयोग करना $v_{e0}=0$ और आयन धारा को शून्य पर सेट करने पर, इलेक्ट्रॉन संतृप्ति धारा घनत्व होगा

$j_{e}^{max}=j_{i}^{max}{\sqrt {m_{i}/\pi m_{e}}}=j_{i}^{max}\left(24.2\,{\sqrt {\mu _{i}}}\right)$ हालांकि यह आमतौर पर लैंगमुइर जांच की सैद्धांतिक चर्चाओं में दी गई अभिव्यक्ति है, व्युत्पत्ति कठोर नहीं है और प्रयोगात्मक आधार कमजोर है। दोहरी परत (प्लाज्मा) का सिद्धांत आम तौर पर डेबी शीथ # बोहम शीथ मानदंड के अनुरूप एक अभिव्यक्ति को नियोजित करता है, लेकिन इलेक्ट्रॉनों और आयनों की भूमिकाओं के विपरीत, अर्थात्

$j_{e}^{max}=q_{e}n_{e}{\sqrt {k_{B}(\gamma _{e}T_{e}+T_{i})/m_{e}}}=j_{i}^{max}{\sqrt {m_{i}/m_{e}}}=j_{i}^{max}\left(42.8\,{\sqrt {\mu _{i}}}\right)$ जहां T लेकर संख्यात्मक मान पाया गया_i= टी_e और जी_i= सी_e.

व्यवहार में, यह अक्सर मुश्किल होता है और आमतौर पर प्रयोगात्मक रूप से इलेक्ट्रॉन संतृप्ति वर्तमान को मापने के लिए असंक्रामक माना जाता है। जब इसे मापा जाता है, तो यह ऊपर दिए गए मान की तुलना में अत्यधिक परिवर्तनशील और आम तौर पर बहुत कम (तीन या अधिक का कारक) पाया जाता है। अक्सर एक स्पष्ट संतृप्ति बिल्कुल नहीं देखी जाती है। लैंगमुइर जांच सिद्धांत की सबसे महत्वपूर्ण बकाया समस्याओं में से एक इलेक्ट्रॉन संतृप्ति को समझना है।

बल्क प्लाज्मा के प्रभाव

डेबी शीथ सिद्धांत लैंगमुइर जांच के मूल व्यवहार की व्याख्या करता है, लेकिन यह पूर्ण नहीं है। प्लाज्मा में प्रोब जैसी किसी वस्तु को डालने मात्र से म्यान के किनारे और शायद हर जगह घनत्व, तापमान और क्षमता बदल जाती है। जांच पर वोल्टेज बदलने से, सामान्य तौर पर, विभिन्न प्लाज्मा पैरामीटर भी बदल जाएंगे। इस तरह के प्रभाव म्यान भौतिकी की तुलना में कम अच्छी तरह से समझे जाते हैं, लेकिन कम से कम कुछ मामलों में मोटे तौर पर हिसाब लगाया जा सकता है।

पूर्व-म्यान

बोहम कसौटी के लिए आवश्यक है कि आयन ध्वनि की गति से डेबी आवरण में प्रवेश करें। वह संभावित गिरावट जो उन्हें इस गति तक ले जाती है, प्री-म्यान कहलाती है। इसका एक स्थानिक पैमाना है जो आयन स्रोत के भौतिकी पर निर्भर करता है लेकिन जो डेबी की लंबाई और अक्सर प्लाज्मा आयामों के क्रम की तुलना में बड़ा होता है। संभावित गिरावट का परिमाण (कम से कम) के बराबर है

$\Phi _{pre}={\frac {{\frac {1}{2}}m_{i}c_{s}^{2}}{Ze}}=k_{B}(T_{e}+Z\gamma _{i}T_{i})/(2Ze)$ आयनों के त्वरण में घनत्व में कमी भी शामिल है, आमतौर पर विवरण के आधार पर लगभग 2 के कारक द्वारा।

प्रतिरोधकता

आयनों और इलेक्ट्रॉनों के बीच टकराव लैंगमुइर जांच के I-V विशेषता को भी प्रभावित करेगा। जब एक इलेक्ट्रोड फ्लोटिंग पोटेंशियल के अलावा किसी अन्य वोल्टेज के लिए पक्षपाती होता है, तो जो करंट खींचता है वह प्लाज्मा से होकर गुजरना चाहिए, जिसमें परिमित प्रतिरोधकता होती है। प्रतिरोधकता और वर्तमान पथ की गणना एक गैर-चुंबकीय प्लाज्मा में सापेक्ष आसानी से की जा सकती है। चुंबकित प्लाज्मा में, समस्या बहुत अधिक कठिन होती है। किसी भी मामले में, प्रभाव वर्तमान खींचे गए आनुपातिक वोल्टेज ड्रॉप को जोड़ना है, जो कि विशेषता को मैप करता है। एक घातीय कार्य से विचलन आमतौर पर सीधे निरीक्षण करना संभव नहीं होता है, जिससे कि विशेषता के चपटेपन को आमतौर पर बड़े प्लाज्मा तापमान के रूप में गलत समझा जाता है। इसे दूसरी तरफ से देखते हुए, किसी भी मापा IV विशेषता को गर्म प्लाज्मा के रूप में व्याख्या किया जा सकता है, जहां अधिकांश वोल्टेज डेबी शीथ में या ठंडे प्लाज्मा के रूप में गिरा दिया जाता है, जहां थोक प्लाज्मा में अधिकांश वोल्टेज गिरा दिया जाता है। बल्क प्रतिरोधकता के मात्रात्मक मॉडलिंग के बिना, लैंगमुइर जांच केवल इलेक्ट्रॉन तापमान पर ऊपरी सीमा दे सकती है।

म्यान विस्तार

पूर्वाग्रह वोल्टेज के एक समारोह के रूप में वर्तमान घनत्व को जानना पर्याप्त नहीं है क्योंकि यह पूर्ण वर्तमान है जिसे मापा जाता है। एक अचुंबकित प्लाज्मा में, वर्तमान-संग्रह क्षेत्र को आमतौर पर इलेक्ट्रोड के उजागर सतह क्षेत्र के रूप में लिया जाता है। एक चुंबकीय प्लाज्मा में, 'प्रक्षेपित' क्षेत्र लिया जाता है, अर्थात इलेक्ट्रोड का वह क्षेत्र जो चुंबकीय क्षेत्र के साथ देखा जाता है। यदि इलेक्ट्रोड किसी दीवार या अन्य आस-पास की वस्तु से छाया नहीं होता है, तो क्षेत्र को दोनों ओर से क्षेत्र में आने वाले करंट के हिसाब से दोगुना किया जाना चाहिए। यदि डिबाई लंबाई की तुलना में इलेक्ट्रोड आयाम छोटे नहीं हैं, तो म्यान की मोटाई से सभी दिशाओं में इलेक्ट्रोड का आकार प्रभावी रूप से बढ़ जाता है। एक चुंबकित प्लाज्मा में, इलेक्ट्रोड को कभी-कभी आयन लार्मर त्रिज्या द्वारा समान तरीके से बढ़ाया जाना माना जाता है।

परिमित Larmor त्रिज्या कुछ आयनों को उस इलेक्ट्रोड तक पहुंचने की अनुमति देता है जो अन्यथा इसे पार कर जाता। प्रभाव के विवरण की पूरी तरह से आत्मनिर्भर तरीके से गणना नहीं की गई है।

यदि हम इन प्रभावों सहित जांच क्षेत्र का उल्लेख करते हैं $A_{eff}$ (जो पूर्वाग्रह वोल्टेज का एक कार्य हो सकता है) और धारणाएं बनाएं

• $T_{i}=T_{e}$,
• $Z=1$
• $\gamma _{i}=3$, और
• $n_{e,sh}=0.5\,n_{e}$,

और के प्रभावों की उपेक्षा करें

• थोक प्रतिरोधकता, और
• इलेक्ट्रॉन संतृप्ति,

तब I-V विशेषता बन जाती है

$I=I_{i}^{max}(-1+e^{q_{e}(V_{pr}-V_{fl})/(k_{B}T_{e})})$,

कहाँ

$I_{i}^{max}=q_{e}n_{e}{\sqrt {k_{B}T_{e}/m_{i}}}\,A_{eff}$.

चुम्बकीय प्लास्मा

जब प्लाज़्मा चुम्बकित होता है तो लैंगमुइर जांच का सिद्धांत कहीं अधिक जटिल होता है। अचुंबकीय मामले का सबसे सरल विस्तार केवल इलेक्ट्रोड के सतह क्षेत्र के बजाय अनुमानित क्षेत्र का उपयोग करना है। अन्य सतहों से दूर एक लंबे सिलेंडर के लिए, यह प्रभावी क्षेत्र को π/2 = 1.57 के कारक से कम कर देता है। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, थर्मल आयन लार्मर त्रिज्या के बारे में त्रिज्या को बढ़ाना आवश्यक हो सकता है, लेकिन अचुंबकीय मामले के लिए प्रभावी क्षेत्र से ऊपर नहीं।

अनुमानित क्षेत्र का उपयोग चुंबकीय म्यान के अस्तित्व के साथ निकटता से जुड़ा हुआ प्रतीत होता है। इसका पैमाना ध्वनि की गति पर आयन लार्मर त्रिज्या है, जो आमतौर पर डेबी शीथ और प्री-म्यान के तराजू के बीच होता है। चुंबकीय आवरण में प्रवेश करने वाले आयनों के लिए बोहम मानदंड क्षेत्र के साथ गति पर लागू होता है, जबकि डेबी आवरण के प्रवेश द्वार पर यह सतह के सामान्य गति पर लागू होता है। इसके परिणामस्वरूप क्षेत्र और सतह के बीच कोण की ज्या द्वारा घनत्व में कमी आती है। म्यान प्रभाव के कारण आयन गैर-संतृप्ति पर विचार करते समय डेबी लंबाई में संबंधित वृद्धि को ध्यान में रखा जाना चाहिए।

क्रॉस-फील्ड धाराओं की भूमिका विशेष रूप से दिलचस्प और समझने में कठिन है। स्वाभाविक रूप से, कोई उम्मीद करेगा कि धारा एक फ्लक्स ट्यूब के साथ चुंबकीय क्षेत्र के समानांतर होगी। कई ज्यामितियों में, यह फ्लक्स ट्यूब डिवाइस के एक दूर के हिस्से में एक सतह पर समाप्त हो जाएगी, और इस स्थान को स्वयं एक 'आई-वी' विशेषता प्रदर्शित करनी चाहिए। शुद्ध परिणाम एक डबल-जांच विशेषता का माप होगा; दूसरे शब्दों में, आयन संतृप्ति धारा के बराबर इलेक्ट्रॉन संतृप्ति धारा।

जब इस तस्वीर पर विस्तार से विचार किया जाता है, तो यह देखा जाता है कि फ्लक्स ट्यूब को चार्ज होना चाहिए और आसपास के प्लाज्मा को इसके चारों ओर घूमना चाहिए। फ्लक्स ट्यूब में या बाहर की धारा को एक ऐसे बल से जोड़ा जाना चाहिए जो इस कताई को धीमा कर दे। उम्मीदवार बल चिपचिपाहट, न्यूट्रल के साथ घर्षण, और प्लाज्मा प्रवाह से जुड़े जड़त्वीय बल, या तो स्थिर या उतार-चढ़ाव वाले होते हैं। यह ज्ञात नहीं है कि अभ्यास में कौन सा बल सबसे मजबूत है, और वास्तव में किसी भी बल को खोजना मुश्किल है जो वास्तव में मापी गई विशेषताओं की व्याख्या करने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली हो।

यह भी संभावना है कि इलेक्ट्रॉन संतृप्ति के स्तर को निर्धारित करने में चुंबकीय क्षेत्र एक निर्णायक भूमिका निभाता है, लेकिन अभी तक कोई मात्रात्मक सिद्धांत उपलब्ध नहीं है।

इलेक्ट्रोड विन्यास

एक बार एक इलेक्ट्रोड की IV विशेषता का सिद्धांत प्राप्त करने के बाद, कोई इसे मापने के लिए आगे बढ़ सकता है और फिर प्लाज्मा मापदंडों को निकालने के लिए सैद्धांतिक वक्र के साथ डेटा को फिट कर सकता है। ऐसा करने का सीधा तरीका एक इलेक्ट्रोड पर वोल्टेज को स्वीप करना है, लेकिन, कई कारणों से, कई इलेक्ट्रोड का उपयोग करके कॉन्फ़िगरेशन या विशेषता का केवल एक हिस्सा तलाशने का अभ्यास किया जाता है।

एकल जांच

प्लाज्मा की चतुर्थ विशेषता को मापने का सबसे सीधा तरीका एक 'एकल जांच' के साथ होता है, जिसमें पोत के सापेक्ष वोल्टेज रैंप के साथ एक इलेक्ट्रोड पक्षपाती होता है। लाभ इलेक्ट्रोड की सादगी और सूचना की अतिरेक है, यानी कोई यह जांच सकता है कि I-V विशेषता का अपेक्षित रूप है या नहीं। विशेषता के विवरण से संभावित रूप से अतिरिक्त जानकारी निकाली जा सकती है। नुकसान अधिक जटिल पूर्वाग्रह और माप इलेक्ट्रॉनिक्स और खराब समय संकल्प हैं। यदि उतार-चढ़ाव मौजूद हैं (जैसा कि वे हमेशा होते हैं) और स्वीप उतार-चढ़ाव की आवृत्ति (जैसा कि आमतौर पर होता है) की तुलना में धीमा है, तो I-V वोल्टेज के एक समारोह के रूप में औसत वर्तमान है, जिसके परिणामस्वरूप व्यवस्थित त्रुटियां हो सकती हैं यदि इसका विश्लेषण किया जाता है हालांकि यह एक तात्कालिक I-V था। आदर्श स्थिति उतार-चढ़ाव की आवृत्ति के ऊपर एक आवृत्ति पर वोल्टेज को स्वीप करना है, लेकिन अभी भी आयन साइक्लोट्रॉन आवृत्ति से नीचे है। हालाँकि, इसके लिए परिष्कृत इलेक्ट्रॉनिक्स और बहुत अधिक देखभाल की आवश्यकता होती है।

डबल जांच

एक इलेक्ट्रोड जमीन के बजाय दूसरे इलेक्ट्रोड के सापेक्ष पक्षपाती हो सकता है। सिद्धांत एकल जांच के समान है, सिवाय इसके कि वर्तमान सकारात्मक और नकारात्मक वोल्टेज दोनों के लिए आयन संतृप्ति वर्तमान तक सीमित है। विशेष रूप से, अगर $V_{bias}$ वोल्टेज दो समान इलेक्ट्रोड के बीच लगाया जाता है, वर्तमान द्वारा दिया जाता है;

$I=I_{i}^{max}\left(-1+\,e^{q_{e}(V_{2}-V_{fl})/k_{B}T_{e}}\right)=-I_{i}^{max}\left(-1+\,e^{q_{e}(V_{1}-V_{fl})/k_{B}T_{e}}\right)$,

जिसका प्रयोग करके पुनः लिखा जा सकता है $V_{bias}=V_{2}-V_{1}$ अतिशयोक्तिपूर्ण समारोह के रूप में:

$I=I_{i}^{max}\tanh \left({\frac {1}{2}}\,{\frac {q_{e}V_{bias}}{k_{B}T_{e}}}\right)$.

दोहरी जांच का एक फायदा यह है कि कोई भी इलेक्ट्रोड फ्लोटिंग से बहुत ऊपर नहीं है, इसलिए बड़े इलेक्ट्रॉन धाराओं में सैद्धांतिक अनिश्चितताओं से बचा जाता है। यदि यह विशेषता के घातीय इलेक्ट्रॉन भाग के अधिक नमूने के लिए वांछित है, तो एक असममित दोहरी जांच का उपयोग किया जा सकता है, जिसमें एक इलेक्ट्रोड दूसरे से बड़ा होता है। यदि संग्रह क्षेत्रों का अनुपात आयन के वर्गमूल से इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान अनुपात से बड़ा है, तो यह व्यवस्था एकल टिप जांच के बराबर है। यदि संग्रह क्षेत्रों का अनुपात इतना बड़ा नहीं है, तो विशेषता सममित डबल टिप कॉन्फ़िगरेशन और सिंगल-टिप कॉन्फ़िगरेशन के बीच में होगी। अगर $A_{1}$ बड़े सिरे का क्षेत्रफल है तो:

$I=A_{1}J_{i}^{max}\left[\coth \left({\frac {q_{e}V_{bias}}{2k_{B}T_{e}}}\right)+{\frac {\left({\frac {A_{1}}{A_{2}}}-1\right)\,e^{-q_{e}V_{bias}/2k_{B}T_{e}}}{2\sinh \left({\frac {q_{e}V_{bias}}{2k_{B}T_{e}}}\right)}}\right]^{-1}$ एक अन्य लाभ यह है कि पोत का कोई संदर्भ नहीं है, इसलिए यह आकाशवाणी आवृति प्लाज्मा में गड़बड़ी के लिए कुछ हद तक प्रतिरक्षा है। दूसरी ओर, यह जटिल इलेक्ट्रॉनिक्स और खराब समय समाधान से संबंधित एकल जांच की सीमाओं को साझा करता है। इसके अलावा, दूसरा इलेक्ट्रोड न केवल सिस्टम को जटिल बनाता है, बल्कि यह प्लाज्मा में ग्रेडियेंट द्वारा गड़बड़ी के लिए अतिसंवेदनशील बनाता है।

ट्रिपल जांच

एक सुरुचिपूर्ण इलेक्ट्रोड विन्यास ट्रिपल जांच है, एक निश्चित वोल्टेज के साथ पक्षपाती दो इलेक्ट्रोड और एक तीसरा जो तैर ​​रहा है। पूर्वाग्रह वोल्टेज को इलेक्ट्रॉन तापमान से कुछ गुना चुना जाता है ताकि नकारात्मक इलेक्ट्रोड आयन संतृप्ति धारा को खींचे, जो फ्लोटिंग क्षमता की तरह सीधे मापा जाता है। इस वोल्टेज पूर्वाग्रह के लिए अंगूठे का एक सामान्य नियम अपेक्षित इलेक्ट्रॉन तापमान का 3/e गुना है। क्योंकि पक्षपाती टिप कॉन्फ़िगरेशन चल रहा है, सकारात्मक जांच नकारात्मक जांच द्वारा खींची गई आयन संतृप्ति धारा के लिए केवल परिमाण के बराबर और ध्रुवीयता के विपरीत एक इलेक्ट्रॉन धारा खींच सकती है:

$-I_{+}=I_{-}=I_{i}^{max}$ और पहले की तरह फ्लोटिंग टिप प्रभावी रूप से कोई करंट नहीं खींचती है:

$I_{fl}=0$.

ये मानते हुए: 1.) प्लाज्मा में इलेक्ट्रॉन ऊर्जा वितरण मैक्सवेलियन है, 2.) इलेक्ट्रॉनों का माध्य मुक्त पथ युक्तियों के बारे में आयन म्यान से अधिक है और जांच त्रिज्या से बड़ा है, और 3.) जांच म्यान का आकार जांच पृथक्करण की तुलना में बहुत छोटा है, तब किसी भी जांच की धारा को दो भागों से बना माना जा सकता है{{spaced ndash}मैक्सवेलियन इलेक्ट्रॉन वितरण की उच्च ऊर्जा पूंछ, और आयन संतृप्ति वर्तमान:

$I_{probe}=-I_{e}e^{-q_{e}V_{probe}/(kT_{e})}+I_{i}^{max}$ जहां वर्तमान आई_eतापीय धारा है। विशेष रूप से,

$I_{e}=SJ_{e}=Sn_{e}q_{e}{\sqrt {kT_{e}/2\pi m_{e}}}$,

जहां एस सतह क्षेत्र है, जे_eइलेक्ट्रॉन वर्तमान घनत्व है, और एन_eइलेक्ट्रॉन घनत्व है। यह मानते हुए कि प्रत्येक जांच के लिए आयन और इलेक्ट्रॉन संतृप्ति धारा समान है, तो प्रत्येक जांच युक्तियों के लिए वर्तमान के सूत्र रूप लेते हैं

$I_{+}=-I_{e}e^{-q_{e}V_{+}/(kT_{e})}+I_{i}^{max}$

$I_{-}=-I_{e}e^{-q_{e}V_{-}/(kT_{e})}+I_{i}^{max}$

$I_{fl}=-I_{e}e^{-q_{e}V_{fl}/(kT_{e})}+I_{i}^{max}$.

तब दिखाना आसान है

$\left(I_{+}-I_{fl})/(I_{+}-I_{-}\right)=\left(1-e^{-q_{e}(V_{fl}-V_{+})/(kT_{e})}\right)/\left(1-e^{-q_{e}(V_{-}-V_{+})/(kT_{e})}\right)$ लेकिन ऊपर से संबंध यह निर्दिष्ट करते हैं कि I₊= -मैं₋और मैं_fl= 0 दे

$1/2=\left(1-e^{-q_{e}(V_{fl}-V_{+})/(kT_{e})}\right)/\left(1-e^{-q_{e}(V_{-}-V_{+})/(kT_{e})}\right)$,

लागू और मापे गए वोल्टेज और अज्ञात टी के संदर्भ में एक पारलौकिक समीकरण_eसीमा क्यू में_eV_Bias = क्यू_e(में₊-में₋) >> के टी_e, बन जाता है

$(V_{+}-V_{fl})=(k_{B}T_{e}/q_{e})\ln 2$.

अर्थात्, सकारात्मक और फ्लोटिंग इलेक्ट्रोड के बीच वोल्टेज का अंतर इलेक्ट्रॉन तापमान के समानुपाती होता है। (यह परिष्कृत डेटा प्रोसेसिंग व्यापक रूप से उपलब्ध होने से पहले साठ और सत्तर के दशक में विशेष रूप से महत्वपूर्ण था।)

ट्रिपल जांच डेटा का अधिक परिष्कृत विश्लेषण अपूर्ण संतृप्ति, गैर-संतृप्ति, असमान क्षेत्रों जैसे कारकों को ध्यान में रख सकता है।

ट्रिपल जांच में सरल बायसिंग इलेक्ट्रॉनिक्स (कोई व्यापक आवश्यकता नहीं), सरल डेटा विश्लेषण, उत्कृष्ट समय संकल्प, और संभावित उतार-चढ़ाव के प्रति असंवेदनशीलता (चाहे एक आरएफ स्रोत या अंतर्निहित उतार-चढ़ाव द्वारा लगाया गया हो) का लाभ है। डबल जांच की तरह, वे प्लाज्मा पैरामीटर में ढाल के प्रति संवेदनशील होते हैं।

विशेष व्यवस्था

कभी-कभी चार (टेट्रा प्रोब) या पांच (पेंटा प्रोब) के साथ व्यवस्था का उपयोग किया गया है, लेकिन ट्रिपल प्रोब पर लाभ कभी भी पूरी तरह से विश्वसनीय नहीं रहा है। एक ओवरलैपिंग डेबी शीथ को रोकने के लिए जांच के बीच की दूरी प्लाज्मा की डेबी लंबाई से बड़ी होनी चाहिए।

एक पिन-प्लेट जांच में एक बड़े इलेक्ट्रोड के सामने सीधे एक छोटा इलेक्ट्रोड होता है, यह विचार है कि बड़ी जांच के वोल्टेज स्वीप शीथ किनारे पर प्लाज्मा क्षमता को परेशान कर सकते हैं और इस प्रकार 'I-' की व्याख्या करने में कठिनाई बढ़ जाती है। वी विशेषता। बड़े जांच के म्यान किनारे पर क्षमता में बदलाव के लिए छोटे इलेक्ट्रोड की फ्लोटिंग क्षमता का उपयोग किया जा सकता है। इस व्यवस्था से प्रायोगिक परिणाम आशाजनक दिखते हैं, लेकिन प्रायोगिक जटिलता और व्याख्या में अवशिष्ट कठिनाइयों ने इस विन्यास को मानक बनने से रोक दिया है।

आयन तापमान जांच के रूप में उपयोग के लिए विभिन्न ज्यामिति प्रस्तावित की गई हैं, उदाहरण के लिए, दो बेलनाकार युक्तियाँ जो एक चुंबकीय प्लाज्मा में एक दूसरे के पीछे घूमती हैं। चूंकि शैडोइंग प्रभाव आयन लारमोर त्रिज्या पर निर्भर करता है, इसलिए परिणामों की व्याख्या आयन तापमान के संदर्भ में की जा सकती है। आयन तापमान एक महत्वपूर्ण मात्रा है जिसे मापना बहुत कठिन है। दुर्भाग्य से, इस तरह की जांच का पूरी तरह से आत्मनिर्भर तरीके से विश्लेषण करना भी बहुत मुश्किल है।

उत्सर्जक जांच या तो विद्युत रूप से या प्लाज्मा के संपर्क में आने वाले इलेक्ट्रोड का उपयोग करती है। जब इलेक्ट्रोड प्लाज्मा क्षमता की तुलना में अधिक सकारात्मक होता है, तो उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों को वापस सतह पर खींच लिया जाता है, इसलिए I-V विशेषता शायद ही बदली जाती है। जैसे ही इलेक्ट्रोड प्लाज्मा क्षमता के संबंध में नकारात्मक पक्षपाती होता है, उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों को खदेड़ दिया जाता है और एक बड़े नकारात्मक प्रवाह का योगदान होता है। इस धारा की शुरुआत या, अधिक संवेदनशील रूप से, बिना गरम और गर्म इलेक्ट्रोड की विशेषताओं के बीच विसंगति की शुरुआत, प्लाज्मा क्षमता का एक संवेदनशील संकेतक है।

प्लाज्मा मापदंडों में उतार-चढ़ाव को मापने के लिए, इलेक्ट्रोड की सरणियों का उपयोग किया जाता है, आमतौर पर एक – लेकिन कभी-कभी द्वि-आयामी। एक विशिष्ट सरणी में 1 मिमी की दूरी और कुल 16 या 32 इलेक्ट्रोड होते हैं। उतार-चढ़ाव को मापने के लिए एक सरल व्यवस्था एक नकारात्मक रूप से पक्षपाती इलेक्ट्रोड है जो दो फ्लोटिंग इलेक्ट्रोड से घिरा हुआ है। आयन-संतृप्ति धारा को घनत्व के लिए सरोगेट के रूप में और प्लाज़्मा क्षमता के लिए सरोगेट के रूप में फ्लोटिंग क्षमता के रूप में लिया जाता है। यह अशांत कण प्रवाह के किसी न किसी माप की अनुमति देता है

$\Phi _{turb}=\langle {\tilde {n}}_{e}{\tilde {v}}_{E\times B}\rangle \propto \langle {\tilde {I}}_{i}^{max}({\tilde {V}}_{fl,2}-{\tilde {V}}_{fl,1})\rangle$

इलेक्ट्रॉन प्रवाह में बेलनाकार लैंगमुइर जांच

अक्सर, लैंगमुइर जांच एक छोटे आकार का इलेक्ट्रोड होता है जिसे प्लाज्मा में डाला जाता है जो एक बाहरी सर्किट से जुड़ा होता है जो जमीन के संबंध में प्लाज्मा के गुणों को मापता है। जमीन आमतौर पर एक बड़े सतह क्षेत्र के साथ एक इलेक्ट्रोड है और आमतौर पर एक ही प्लाज्मा (अक्सर कक्ष की धातु की दीवार) के संपर्क में होती है। यह जांच को प्लाज्मा की I-V विशेषता को मापने की अनुमति देता है। जांच विशेषता वर्तमान को मापती है $i(V)$ प्लाज्मा की जब जांच एक क्षमता के साथ पक्षपाती होती है $V$.

फ़ाइल:ShunkoLP Fig01W.tif|thumb|Fig. 1. लैंगमुइर जांच I-V विशेषता व्युत्पत्ति के लिए उदाहरण

इरविंग लैंगमुइर द्वारा जांच I-V विशेषता और आइसोट्रोपिक प्लाज्मा के मापदंडों के बीच संबंध पाए गए और वे एक बड़े सतह क्षेत्र की तलीय जांच के लिए सबसे प्राथमिक रूप से प्राप्त किए जा सकते हैं $S_{z}$ (एज इफेक्ट प्रॉब्लम को नजरअंदाज करना)। आइए बिंदु चुनें $O$ की दूरी पर प्लाज्मा में $h$ जांच सतह से जहां जांच का विद्युत क्षेत्र नगण्य है, जबकि इस बिंदु से गुजरने वाले प्लाज्मा का प्रत्येक इलेक्ट्रॉन प्लाज्मा घटकों के साथ टकराव के बिना जांच सतह तक पहुंच सकता है: $\lambda _{D}\ll \lambda _{Te}$, $\lambda _{D}$ डेबी की लंबाई है और $\lambda _{Te}$ प्लाज्मा घटकों के साथ इसके कुल क्रॉस सेक्शन (भौतिकी) के लिए गणना की गई इलेक्ट्रॉन मुक्त पथ है। बिंदु के आसपास $O$ हम सतह क्षेत्र के एक छोटे से तत्व की कल्पना कर सकते हैं $\Delta S$ जांच सतह के समानांतर। प्राथमिक धारा $di$ प्लाज्मा इलेक्ट्रॉनों के चारों ओर से गुजर रहा है $\Delta S$ जांच सतह की दिशा में फॉर्म में लिखा जा सकता है

$di=q_{e}\Delta Sdn(v,\vartheta )v\cos \vartheta$,

(1)

कहाँ $v$ इलेक्ट्रॉन थर्मल वेग वेक्टर का एक अदिश राशि है ${\vec {v}}$,

$dn(v,\vartheta )=nf(v){\frac {2\pi \sin \vartheta }{4\pi }}dvd\vartheta$,

(2)

$2\pi \sin \vartheta d\vartheta$ इसके सापेक्ष मूल्य के साथ ठोस कोण का तत्व है $2\pi \sin \vartheta d\vartheta /4\pi$, $\vartheta$ बिंदु से रिकॉल की गई जांच सतह के लम्बवत के बीच का कोण है $O$ और इलेक्ट्रॉन थर्मल वेग का त्रिज्या-वेक्टर ${\vec {v}}$ मोटाई की एक गोलाकार परत बनाना $dv$ वेग स्थान में, और $f(v)$ एकता के लिए सामान्यीकृत इलेक्ट्रॉन वितरण कार्य है

$\int \limits _{0}^{\infty }f(v)dv=1$.

(3)

जांच सतह के साथ समान स्थितियों को ध्यान में रखते हुए (सीमाओं को बाहर रखा गया है), $\Delta S\rightarrow S_{z}$, हम कोण के संबंध में दोहरा समाकल ले सकते हैं $\vartheta$, और वेग के संबंध में $v$, अभिव्यक्ति से (1), प्रतिस्थापन Eq के बाद। (2) इसमें, जांच पर कुल इलेक्ट्रॉन करंट की गणना करने के लिए

$i(v)=q_{e}nS_{z}{\frac {1}{4\pi }}\int \limits _{\sqrt {2q_{e}V/m}}^{\infty }f(v)dv\int \limits _{0}^{\zeta }v\cos \vartheta 2\pi \sin \vartheta d\vartheta$.

(4)

कहाँ$V$ प्लाज्मा की क्षमता के संबंध में जांच क्षमता है $V=0$, ${\sqrt {2q_{e}V/m}}$ सबसे कम इलेक्ट्रॉन वेग मान है जिस पर इलेक्ट्रॉन अभी भी क्षमता से चार्ज की गई जांच सतह तक पहुंच सकता है $V$, $\zeta$ कोण की ऊपरी सीमा है $\vartheta$ जिस पर इलेक्ट्रॉन का प्रारंभिक वेग होता है $v$ अभी भी इस सतह पर अपने वेग के शून्य मान के साथ जांच सतह तक पहुंच सकता है। यानी मान $\zeta$ स्थिति द्वारा परिभाषित किया गया है

$v\cos \zeta ={\sqrt {2q_{e}V/m}}$.

(5)

मूल्य निकालना $\zeta$ समीकरण से। (5) और इसे Eq में प्रतिस्थापित करना। (4), हम जांच क्षमता की सीमा में जांच IV विशेषता (आयन धारा की उपेक्षा) प्राप्त कर सकते हैं $-\infty <V\leq 0$ प्रपत्र में

$i(V)={\frac {q_{e}nS_{z}}{4}}\int \limits _{\sqrt {2q_{e}V/m}}^{\infty }f(v)\left(1-{\frac {2q_{e}V}{mv^{2}}}\right)vdv$.

(6)

विभेदक समीकरण। (6) क्षमता के संबंध में दो बार $V$, कोई व्यक्ति जांच I-V विशेषता के दूसरे व्युत्पन्न का वर्णन करने वाली अभिव्यक्ति पा सकता है (सबसे पहले एम। जे। ड्रुवेस्टीन द्वारा प्राप्त किया गया)

$i^{\prime \prime }(V)={\frac {q_{e}^{2}nS_{z}}{4m}}{\frac {1}{V}}f\left({\sqrt {2q_{e}V/m}}\right)$

(7)

वेग पर इलेक्ट्रॉन वितरण समारोह को परिभाषित करना $f\left({\sqrt {2q_{e}V/m}}\right)$ प्रकट रूप में। एम. जे. ड्रुवेस्टीन ने विशेष रूप से दिखाया है कि Eqs। (6) और (7) किसी भी मनमाना उत्तल ज्यामितीय आकार की जांच के संचालन के विवरण के लिए मान्य हैं। मैक्सवेलियन वितरण समारोह को प्रतिस्थापित करना:

$f^{(0)}(v)={\frac {4}{\sqrt {\pi }}}{\frac {v^{2}}{v_{p}^{3}}}\exp \left(-v^{2}/v_{p}^{2}\right)$,

(8)

कहाँ $v_{p}=\langle v\rangle {\sqrt {\pi }}/2$ Eq में सबसे संभावित वेग है। (6) हम व्यंजक प्राप्त करते हैं

$i^{(0)}(V)={\frac {q_{e}n\langle v\rangle }{4}}S_{z}\exp \left(-q_{e}V/{\mathcal {E}}_{p}\right)$.

(9)

फ़ाइल:IV Ar 0.058 370 z12.tif|अंगूठे|अंजीर। 2. आइसोट्रोपिक प्लाज्मा में लैंगमुइर प्रोब की I-V विशेषता

जिससे व्यवहार में अति उपयोगी सम्बन्ध का अनुसरण होता है

$\ln \left(i^{(0)}(V)/i^{(0)}(0)\right)=-q_{e}V/{\mathcal {E}}_{p}$.

(10)

एक को इलेक्ट्रॉन ऊर्जा प्राप्त करने की अनुमति देता है ${\mathcal {E}}_{p}=k_{B}T$ (केवल मैक्सवेलियन बंटन फलन के लिए!) एक अर्धलघुगणकीय पैमाने में जांच I-V विशेषता के ढलान द्वारा। इस प्रकार आइसोट्रोपिक इलेक्ट्रॉन वितरण वाले प्लाज़्मा में, इलेक्ट्रॉन करंट $i_{th}(0)$ एक सतह पर $S_{z}=2\pi r_{z}l_{z}$ प्लाज्मा क्षमता पर बेलनाकार लैंगमुइर जांच $V=0$ औसत इलेक्ट्रॉन थर्मल वेग द्वारा परिभाषित किया गया है $\langle v\rangle$ और समीकरण के रूप में लिखा जा सकता है (Eqs देखें। (6), (9) पर $V=0$)

$i_{th}(0)=q_{e}n\langle v\rangle {\frac {1}{4}}\times 2\pi r_{z}l_{z}$,

(11)

कहाँ $n$ इलेक्ट्रॉन एकाग्रता है, $r_{z}$ जांच त्रिज्या है, और $l_{z}$ इसकी लंबाई है। यह स्पष्ट है कि यदि प्लाज्मा इलेक्ट्रॉन एक इलेक्ट्रॉन पवन ( प्रवाह ) के पार 'बेलनाकार' 'जांच अक्ष के वेग के साथ बनाते हैं $v_{d}\gg \langle v\rangle$, इजहार

$i_{d}=env_{d}\times 2r_{z}l_{z}$

(12)

सच धारण करता है। गैस-डिस्चार्ज चाप स्रोतों के साथ-साथ आगमनात्मक रूप से युग्मित स्रोतों द्वारा उत्पादित प्लाज़्मा में, इलेक्ट्रॉन हवा मच संख्या विकसित कर सकती है $M^{(0)}=v_{d}/\langle v\rangle =({\sqrt {\pi }}/2)\alpha \gtrsim 1$ . यहाँ पैरामीटर $\alpha$ गणितीय अभिव्यक्तियों के सरलीकरण के लिए मच संख्या के साथ पेश किया गया है। ध्यान दें कि $({\sqrt {\pi }}/2)\langle v\rangle =v_{p}$, कहाँ$v_{p}$ मैक्सवेलियन वितरण समारोह के लिए सबसे संभावित वेग है, ताकि $\alpha =v_{d}/v_{p}$ . इस प्रकार सामान्य मामला जहां $\alpha \gtrsim 1$ सैद्धांतिक और व्यावहारिक रुचि का है। Refs में प्रस्तुत भौतिक और गणितीय विचारों के अनुरूप। [9, 10] ने दिखाया है कि वेग के साथ चलती संदर्भ प्रणाली में इलेक्ट्रॉनों के मैक्सवेलियन वितरण समारोह में $v_{d}$ प्लाज्मा क्षमता पर 'बेलनाकार अक्ष के पार' जांच सेट $V=0$, जांच पर इलेक्ट्रॉन करंट को फॉर्म में लिखा जा सकता है

फ़ाइल:CylinderProbeInElectrWind.tif|thumb|Fig.3। चतुर्थ इलेक्ट्रॉन हवा को पार करने में बेलनाकार जांच की विशेषता

${\frac {i(0)}{enS_{z}}}={\frac {\langle v\rangle }{4}}\exp(-\alpha ^{2}/2)I_{0}(\alpha ^{2}/2)\left(1+\alpha ^{2}\left(1+I_{1}(\alpha ^{2}/2)/I_{0}(\alpha ^{2}/2)\right)\right)$,

(13)

कहाँ $I_{0}$ और $I_{1}$ काल्पनिक तर्कों और Eq के बेसेल कार्य हैं। (13) को Eq में घटाया गया है। (11) पर$\alpha \rightarrow 0$ Eq में घटाया जा रहा है। (12) पर $\alpha \rightarrow \infty$ . जांच I-V विशेषता का दूसरा व्युत्पन्न $i^{\prime \prime }(V)$ जांच क्षमता के संबंध में $V$ इस मामले में प्रपत्र में प्रस्तुत किया जा सकता है (चित्र 3 देखें)

$i^{\prime \prime }(x)=enS_{z}{\frac {v_{p}}{2\pi ^{3/2}({\mathcal {E}}_{p}/e)^{2}}}{\frac {1}{\sqrt {x}}}\int \limits _{0}^{\pi }({\sqrt {x}}-\cos \varphi )\exp \left(-\alpha ^{2}({\sqrt {x}}-\cos \varphi )\right)d\varphi$,

(14)

कहाँ

$x={\frac {1}{\alpha ^{2}}}{\frac {V}{{\mathcal {E}}_{p}/e}}$

(15)

और इलेक्ट्रॉन ऊर्जा ${\mathcal {E}}_{p}/e$ ईवी में व्यक्त किया गया है।

इलेक्ट्रॉन आबादी के सभी पैरामीटर: $n$, $\alpha$, $\langle v\rangle$ और $v_{p}$ प्लाज्मा में प्रयोगात्मक जांच चतुर्थ विशेषता दूसरे व्युत्पन्न से प्राप्त किया जा सकता है $i^{\prime \prime }(V)$ Eq द्वारा व्यक्त सैद्धांतिक वक्र के साथ इसके कम से कम वर्ग सर्वोत्तम फिटिंग द्वारा। (14). विवरण के लिए और गैर-मैक्सवेलियन इलेक्ट्रॉन वितरण कार्यों के सामान्य मामले की समस्या के लिए देखें।^,

व्यावहारिक विचार

प्रयोगशाला और तकनीकी प्लाज़्मा के लिए, इलेक्ट्रोड आमतौर पर टंगस्टन या टैंटलम तार होते हैं, जो एक इंच के कई हज़ारवें हिस्से मोटे होते हैं, क्योंकि उनका गलनांक उच्च होता है, लेकिन उन्हें इतना छोटा बनाया जा सकता है कि वे प्लाज्मा को परेशान न करें। हालांकि गलनांक कुछ कम है, मोलिब्डेनम का कभी-कभी उपयोग किया जाता है क्योंकि यह टंगस्टन की तुलना में मशीन और सोल्डर के लिए आसान है। फ्यूजन प्लास्मा के लिए, 1 से 10 मिमी के आयाम वाले ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड का आमतौर पर उपयोग किया जाता है क्योंकि वे उच्चतम शक्ति भार (पिघलने के बजाय उच्च तापमान पर भी उर्ध्वपातन) का सामना कर सकते हैं, और इसके परिणामस्वरूप ब्रेकिंग विकिरण विकिरण (धातुओं के संबंध में) कम हो जाता है। कार्बन की कम परमाणु संख्या। प्लाज्मा के संपर्क में आने वाली इलेक्ट्रोड सतह को परिभाषित किया जाना चाहिए, उदा। एक तार इलेक्ट्रोड की नोक को छोड़कर सभी को इन्सुलेट करके। यदि संवाहक सामग्री (धातु या ग्रेफाइट) का महत्वपूर्ण जमाव हो सकता है, तो इन्सुलेटर को इलेक्ट्रोड से एक द्वारा अलग किया जाना चाहिए meander शॉर्ट सर्किटिंग को रोकने के लिए।

एक चुंबकित प्लाज्मा में, आयन लारमोर त्रिज्या से कुछ गुना बड़ा जांच आकार चुनना सबसे अच्छा प्रतीत होता है। विवाद का एक बिंदु यह है कि क्या प्राउड प्रोब का उपयोग करना बेहतर है, जहां चुंबकीय क्षेत्र और सतह के बीच का कोण कम से कम 15 डिग्री है, या फ्लश-माउंटेड प्रोब, जो प्लाज्मा-फेसिंग घटकों में एम्बेडेड होते हैं और आम तौर पर कोण होते हैं 1 से 5 ° का। कई प्लाज्मा भौतिक विज्ञानी गर्वित जांच के साथ अधिक सहज महसूस करते हैं, जिनकी एक लंबी परंपरा है और संभवतः इलेक्ट्रॉन संतृप्ति प्रभाव से कम परेशान हैं, हालांकि यह विवादित है। फ्लश-माउंटेड प्रोब, दूसरी ओर, दीवार का हिस्सा होने के कारण कम विचलित करने वाले होते हैं। दीवार के प्रवाह को निर्धारित करने के लिए गर्वित जांच के साथ क्षेत्र कोण का ज्ञान आवश्यक है, जबकि घनत्व निर्धारित करने के लिए फ्लश-माउंटेड जांच के साथ यह आवश्यक है।

बहुत गर्म और घने प्लाज़्मा में, जैसा कि संलयन अनुसंधान में पाया गया है, अक्सर एक्सपोज़र समय को सीमित करके थर्मल लोड को जांच तक सीमित करना आवश्यक होता है। एक प्रत्यागामी जांच एक बांह पर लगाई जाती है जिसे प्लाज्मा से अंदर और पीछे ले जाया जाता है, आमतौर पर लगभग एक सेकंड में या तो वायवीय ड्राइव या विद्युत चुम्बकीय ड्राइव के माध्यम से परिवेशी चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग किया जाता है। पॉप-अप जांच समान हैं, लेकिन इलेक्ट्रोड एक ढाल के पीछे आराम करते हैं और उन्हें दीवार के पास प्लाज्मा में लाने के लिए आवश्यक कुछ मिलीमीटर ही चले जाते हैं।

Langmuir जांच को 15,000 अमेरिकी डॉलर के आदेश पर शेल्फ से खरीदा जा सकता है, या वे एक अनुभवी शोधकर्ता या तकनीशियन द्वारा बनाए जा सकते हैं। 100 मेगाहर्ट्ज से कम आवृत्तियों पर काम करते समय, ब्लॉकिंग फिल्टर का उपयोग करने और आवश्यक ग्राउंडिंग सावधानी बरतने की सलाह दी जाती है।

कम तापमान वाले प्लाज़्मा में, जिसमें जांच गर्म नहीं होती है, सतह का संदूषण एक मुद्दा बन सकता है। यह प्रभाव IV वक्र में हिस्टैरिसीस पैदा कर सकता है और जांच द्वारा एकत्रित वर्तमान को सीमित कर सकता है। जांच को साफ करने और भ्रामक परिणामों को रोकने के लिए एक हीटिंग मैकेनिज्म या ग्लो डिस्चार्ज प्लाज्मा का उपयोग किया जा सकता है।

यह भी देखें

• दोहरी खंडों वाली लैंगमुइर जांच
• प्लाज्मा (भौतिकी) लेखों की सूची
• प्लाज्मा पैरामीटर

अग्रिम पठन

• Hopwood, J. (1993). "Langmuir probe measurements of a radio frequency induction plasma". Journal of Vacuum Science and Technology A. 11 (1): 152–156. Bibcode:1993JVST...11..152H. doi:10.1116/1.578282.
• A. Schwabedissen; E. C. Benck; J. R. Roberts (1997). "Langmuir probe measurements in an inductively coupled plasma source". Phys. Rev. E. 55 (3): 3450–3459. Bibcode:1997PhRvE..55.3450S. doi:10.1103/PhysRevE.55.3450.

बाहरी संबंध

• Notes on Langmuir Probe Theory and Design by F.F. Chen