等离子体旋转速度的测量方式马赫探针

等离子体旋转速度的测量方式马赫探针静电探针在高温等离子研究中是一种常用也是十分有用的诊断工具。静电探针结构简单故比较容易制作，使用的方法比较灵活且拥有较好的空间分辨能力，最早被用来测定等离子体参数，包括等离子体密度、电子温度、悬浮电位、研究等离子体流速和湍流输运，是进行等离子体诊断的重要手段[3]。静电探针需直接伸入等离子体中进行直接接触测量，不可避免会影响局部不同情况进行滤波与修正。了其工作原理。MARTINHUDIS和L.M.LIDSKY在1970年提出了Directionaleep悬浮电位V等重要参数。feiei④探针的尺寸和鞘层厚度相比较，鞘层厚度要远小于探针的尺寸，即D麦克斯韦分布，且离子温度远小于电子温度；级电者无次级电子发射；⑦探针表面为无限大平面，平面探针的边缘效应可以忽略。一根与装置壁绝缘的(悬浮的)固体导体电极就构成了最简单的Langmuir体中，深入到等离子体内 m远大于电子质量m，在局域热平衡(T~T)条件下，电子平均热运动速度远大ieei于离子平均热运动速度，因此单位时间内打到探针表面的电子数远远超过离子0V具有负值以降低电子到达探针表面的通量。探针和空点电位的电位差使得探p的电位称悬浮电位V。fC其主要特征为：①探针的电位V远大于等离子体空间电位V，探针收集电流达p1111e4eep4ep到饱和值为电子饱和流，或者远小于等离子体空间电位V处，探针收集电流达p到饱和值为离子饱和流I；②探针的I－V特性曲线会出现一个拐点在曲线从过i0渡区向电子饱和电流I区转变时，拐点处的电位近似等于等离子体空间电位V;e0p③当探针上没有净电流流过(I=0)时或有极小电流通过时，此时称探针上的电fA区：电子饱和流区VV>0p①当VV=0，即探针的电位和空间等离子体电位相等，这时探针的周围pemei4iip4ipimi其中，n和n是分别是未扰动区的电子密度和离子密度，在准中性条件下，ein=n，K为玻尔兹曼常数，A是探针的有效收集面积，v=8KTm和eipeeev=8KTm分别表示电子和离子的平均热运动速度，电子的质量m远小于离iiie子的质量m,使得vv,在空间电荷效应影响下，电子和离子的有效收集面积和ieieeeeeieiI=I=I-I~I=enAeie4epepp因为viv，所以离子电流的值远远小于电子电流，即总电流仍仍为电子饱和ipep2e2S=A2n2emSn=ene22Ae3pfppV「e(V-V)]Ie=Ie0exp||LpKTe」||(3.8)p针的表面积A;对于离子流的收集，由Bohm鞘层理论可知：在鞘层外有一个预p鞘区，离子在预鞘区加速到离子声速C越过鞘层边界到达探针，收集的离子流Si「e(V-i「e(V-V)]i0KT=-peIIn所以，由过渡区特性曲线的斜率可以得到等离子体的电子温度。当I=0时，由fpef当V<V时，电场的方向指向探针，探针周围的电子被电场排斥，收集到的f(V-VKTe)，绝大部分被探针表面电场排斥，探针收集到的电子电流pe(V-VKTe)，绝大部分被探针表面电场排斥，探针收集到的电子电流peI)0，可以认为探针收集的电流全部是离子电流的贡献，即：eI-I=aenAi0epemi 磁场的引入破坏了等离子体的各向同性，使得粒子通量存在方向上的不对mmeiie弱到强不同情况分别处理。(i)pa，相当于无磁场情形。eei离子不受影响，故工作在过渡区和离子饱和区的探针结果仍可按上节分析来理iiippa，通常的作法如下。准无碰i┴区长度L主要取决于横向粒子扩散系数D。由预鞘区侧面进入预鞘区的粒子通┴令上式等于由Bohm判据确定的粒子通量表达式T┴＝(12)nwCs几a2，即有Ls」入DD如」BeAsp6A=A(1+spa当探针伸入等离子体时，在等离子体中的探针周围会形成电荷鞘。当V变pecci示两根单探针，用于接收离子饱和流，他们被陶瓷套筒(分隔器)绝缘隔开，因iiiidxidxi0i1.1.2马赫数M的计算收集的离子通量具有很大的不对称性。上下游的粒子通量分别为和，那updownR=II(3.19)updownd(nv)=Sdxii00认为等离子空间电位相等，即E=0，有： i=_nwi=_nwidxndxnwiii定义马赫数M=vC，M=vC变量代换得：swwsdn2M_MdMi1_MM+M2w由边界条件：当x)w时，M=M，n=n，可得：= =n1_MM+M2ww这种情况下Mshear=_1;对于下游的鞘边界，去Mshear=+1;当M<1时，wM=2>1时，需要考虑的情况复杂,具体可参考上