Электрические зонды в медленно движущейся и покоящейся столкновительной плазме

• Автор: Кашеваров, Алексей Васильевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Жуковский
• Количество страниц: 204 с. : ил.

Глава I. Токи насыщения
§1. Аналитические выражения для токов насыщения. Зонды в
двухтемпературной плазме: приближение холодных ионов
§2. Токи насыщения на зонды в потоках плазмы при малых числах Рейнольдса
§3. Тепловая аналогия в теории зонда Ленгмюра
§4. Плотность тока насыщения в критической точке зонда.
Об использовании приближений пограничного слоя
§5. Влияние реакций ионизации-рекомбинации
Глава II. Полные ВАХ зондов при условии тонкого слоя объемного
заряда
§6. Неохлаждаемый цилиндрический зонд в медленно движущейся плазме
§7. Охлаждаемый цилиндрический зонд в медленно движущейся
плазме
§8. Характеристики сферического и цилиндрического зондов
для точки торможения потока
Глава III. Экспериментальные исследования
§9. Описание установки и методики исследований
§ 10. Результаты экспериментов с присадками щелочных металлов 105 §11. Методика и результаты экспериментов с присадкой бария
§12. Обсуждение результатов применения электрических зондов
для диагностики плазмы пламен с присадками

Глава IV. Специальные вопросы
§13. Исследование разрешимости задачи о цилиндрическом зонде в неподвижной столкновительной плазме с химическими реакциями
§14. Нестационарные режимы работы зонда в столкновительной
плазме
§15.0 зондовой диагностике плазмы в присутствии пылевых
частиц или отрицательных ионов
Глава V. Приложение теории зонда к аналитической теории
дифференциальных уравнений
§ 16. Второе уравнение Пенлеве в теории электрического зонда 166 § 17. Численные решения второго уравнения Пенлеве
Заключение
Литература

Электрический зонд Ленгмюра - наиболее простое средство диагностики плазмы, как с точки зрения его конструкции, так и методики проведения измерений, что обусловливает широкое применение зондов в экспериментальной практике. Основная трудность при этом состоит в интерпретации результатов зондовых измерений.
Вольт-амперная характеристика (ВАХ) зонда, в принципе, содержит полную информацию об основных параметрах плазмы, таких как концентрация электронов и их температура в плазме и ее потенциал. Однако чтобы установить их связь с параметрами ВАХ зонда, необходимо предварительно решить сложную математическую задачу, постановка которой зависит от условий работы зонда.
Зонд Ленгмюра уже длительное время используется для диагностики разреженной плазмы, когда число Кнудсена Кп » 1. Для этого условия теория зонда достаточно хорошо развита [1-3]. С начала шестидесятых годов прошлого века активно начата разработка теории зонда для другой сравнительно новой области его применения - плазмы высокой плотности при числах Кп « 1, т.е. когда зонд работает в режиме сплошной среды.
Основные достижения теории для этого случая зондовой диагностики плазмы излагались в [1-5]. Несмотря на громадное количество работ, из-за сложности проблемы и большого разнообразия условий проведения экспериментов с зондами в плотной плазме до сих пор остаются весьма слабо изученные с точки зрения теории зонда области его применения.
Одним из пробелов теории был режим медленного обтекания зонда. Степень влияния конвективного движения плазмы на показания зонда можно характеризовать электрическим числом Рейнольдса Кее = І1е8с+ = иЛЮ+ [1], где 11е - газодинамическое число Рейнольдса, Бс+ - ионное число Шмидта, Ц» -скорость набегающего потока, Я - радиус зонда (или другой характерный раз-

компенсируется их недостатком по сравнению с суммарной концентрацией на бесконечности. Это не происходит при (За = 0.5, когда суммарная концентрация пх — па + кп, как следует из (5.7) остается постоянной и не зависит от расстояния.
Зависимость концентрации атомов присадки от г при условии их поглощения поверхностью (5.6) приведена на рис. 14. Концентрация присадки уменьшается по сравнению со случаем замороженной реакции (5.1).
Рис. 14. Зависимости концентрации атомов па от радиальной координаты г вдоль линии торможения потока 0 = 180°при Ree = 15, к = 1 для цилиндрического зонда в случае полного поглощения атомов присадки: 1 - Dm =0,2
Влияние кинетики реакции (5.1) при к Ф 0 можно характеризовать некоторой поправкой к случаю к -> 0. Для подбора на основе результатов расчетов аппроксимационной формулы, связывающей ток насыщения и концентрацию заряженных частиц в набегающем потоке при различных Dm, Ree и к удобно ввести параметр у = KDm/Ree2 = VjNmD+/Uj. Как видно, параметр у в конкретном пламени не зависит ни от радиуса, используемого в измерениях зонда, ни