1tom - 0558.htm
о О
X
уя результаты, контролируют адекватность принятой модели.
Др. проблема ≈ нелокальность большинства методик. Определяется ср. значение G измеряемой величины g(x, у, z) в пределах объ╦ма (AV) наблюдения или зондирования
0=
z)
606
чаще всего ДУ ≈ объ╦м в пределах малого сферич. угла, узких слоев и т. д., «вырезаемых» диагностич, лучами в плазме. Восстановление локальных значений g (x, I/, z) требует измерений по разным направлениям. В случае простой и заранее известной конфигурации плазмы (круговой, эллнптич. и т. п.) достаточно определить G вдоль параллельных хорд или по углам одной точки. Затем g (х, у, z} вычисляется с помощью интегрального ур-ния Абеля.
Самое общее разделение методов Д. ц. возможно по носителям информации о параметрах плазмы, хотя вклад каждой из таких групп в Д. п. существенно неодинаков.
Макроскопические методы устанавливают самые общие представления об интегральных характеристиках плазмы (факт существования, качественное представление об е╦ структуре, динамике движения и т, п.) и обычно основываются на анализе эффективности взаимодействия плазмы с источником питания. Модель для таких методов: плазма ≈ проводящий объ╦м (напр., токовый «пшур» и т, п.). Техн. реализация модели зависит от способа создания плазмы. Так, напр., в газовых НЧ-разрядах ≈ это, прежде всего, измерения тока и падения напряжения (электрич. поля) в плазме. В сильноточных разрядах ток часто измеряется поясом Роговского (катушкой индуктивности), напряжение в тороидальных установках (напр., «Токамаках») ≈ петлей связи.
В случае лазерных и СВЧ-методов формирования плазмы определяются мощности падающего, отраж╦нного и прошедшего излучения, к-рые позволяют вычислить поглощаемую в плазме энергию, ср. активную проводимость.
Для оценки газокинетич. давления в плазме пеТе-\\--\\~П{ Т; в ряде случаев используются е╦ диамагн. свойства. При возникновении плазмы происходит изменение маги, потока через контур, охватывающий поперечное сечение рабочей части разрядной камеры. По величине изменения маги, потока судят о величине газокинетич. давления (см. Диамагнетизм плазмы],
Онредел. информацию о плазменном шнуре дают его индуктивные и ╦мкостные свойства.
Измерения полных радиац. потерь плазмы с помощью болометров, пироэлектрич. детекторов и т. д. в сочетании с др. методами позволяют анализировать энергетич. баланс, процессы диффузии примесных ионов и т. д. Применение коллиматоров позволяет вести при╦м в заданном элементе телесного угла (хордовое зондирование),
Динамика плазмы исследуется с помощью скоростной оптической разв╦ртки и регистрации излучения электронно-оптич. преобразователями. При исследованиях плазмы в магн. поле применяются магн. зонды ≈ малые катушки индуктивности t расположенные обычно на периферии плазменных объектов и ориентированные в разных направлениях. По колебаниям магн. потока, пронизывающего катушки, судят о перемощениях плазменного шнура.
Д. п., основанная на регистрации эл.-магн. излучений, наиболее информативна, обширна по диапазону используемых физ. принципов, способам реализации устройств и является обычно бесконтактной. Конкретные методы можно условно разделить на неск. подгрупп.
Спектроскопическая Д. п. в основном подразумевает регистрацию и анализ характеристик спектров эл.-магн. излучения плазмы^ по используемому интервалу
частот е╦ делят на СВЧТ оптич. (включал УФ) и рентгеновскую. С помощью спектров можно найти пространственно-временные распределения практически всех параметров плазмы в самых широких диапазонах их значений. Гл. недостатки метода ≈ сложность связи параметров плазмы с непосредственно измеряемыми интенсивностями и существенная зависимость от видов статистич. распределений частиц и излучения, к-рые заранее не известны. Поэтому спектроскопич. исследования проводятся в три этапа. Сначала устанавливают модель состояния плазмы и выбирают методы Д. п., допустимые в рамках этой модели, далее эти методы реализуют, а затем интерпретируют полученные результаты измерений и контролируют адекватность принятой модели. Информация, необходимая для решения задач первого этапа, может быть получена из анализа спектрального состава излучения плазмы, к-рый позволяет определить основные компоненты ионного ц хим, состава плазмы; выявить линии, принадлежащие ионам {атомам) с наибольшей энергией ионизации Ef, и оценить значение темп-ры электронов Те по эмпирич. ф-лан вида Те≈аЕ,- (а ≈ коэф., зависящий от Е,-), Выявление последней различимой на фоне сплошного спектра линии в сериальной последовательности позволяет оценить значение концентрации электронов пе и т, д. Обычно измеряют интенсивности, интегральные вдоль луча наблюдения. Локальные значения, связанные непосредственно с параметрами плазмы, приходится вычислять с помощью интегрального преобразования.
В качестве основных в спектроскопич. Д. п. используются модели локального тсрмич. равновесия (ДТР), частичного локального термич. равновесия (ЧЛТР), а также коронарная или более общая ударно-радиац. (УР) модель. Наиболее над╦жную и опредсл. информацию получают из оптически топкой плазмы.
Диагностики до интенсивное т ян линий в большинстве случаев основаны на модели Л ТР. Если измерена локальная абс. интенсивность Imp спектральной линии, возникающей при спонтанном переходе атомов (молекул, ионов) из возбужд╦нного состояния m в состояние /?, то может быть определена темп-pa плазмы Т, однако из др. измерений должна быть известна плотность п. Проще определить Т по отношению интснсивностей линий, к-роо уже не зависит от п. В рамках модели ЛТР зависимость относительных интенсивностей мн, линий в полулогарифмич. масштабе от энергии их возбуждения Е└ линейна с наклоном, определяемым темп-рой Т,
Интенсивность спектральной линии с ростом темп-ры сначала увеличивается, а затем, когда становится существенной ионизация, падает. Значение Т, соответствующее макс, интенсивности, зависит от состава плазмы. При известном составе оно может быть заранее рассчитано. Зафиксировав в эксперименте немонотонный ход интенсивности по радиусу столба плазмы данного состава, можно определить зону, где находится
максимум темп-ры Т даже но проводя подробных измерений интенсивности.
Для Д. п. по спектрам поглощения наиболее типичны метод поглощения тонким слоем и метод обращения. Если слой оптически тонкой однородной плазмы толщиной I «просвечивать» излучением вспомогат. источника со сплошным спектром J (v) с яркостной темп-рой 7\\, превышающей темп-ру плазмы Г, то на фоне этого спектра можно наблюдать линии поглощения. Если Г«<71, то вместо линий поглощения
будут наблюдаться эмиссионные линии. При /fi= Т
линии в спектре исчезают («обращение линий»). Следовательно, варьируя Гр известным образом, можно по моменту обращения линий определить Т (см. также Пирометрия оптическая),
В рамках модели ЧЛТР для Д. п. используются только линии, создаваемые переходами с достаточно
")
}
