Bài thuyết trình Đầu dò Langmuir

Bài thuyết trình Đầu dò Langmuir giới thiệu tới các bạn những nội dung về các phương pháp chẩn đoán plasma, phương pháp đầu dò điện Langmuir, công trình của Druyvestein, sử dụng định luật đồng dạng,... Với các bạn chuyên ngành Vật lý thì đây là tài liệu hữu ích.

SVTH: Nguyễn Vũ Ty Thầy Hướng Dẫn: PGS.TS LÊ VĂN HiẾU Tháng năm 2010 Có nhiều phương pháp sử dụng để chẩn đoán plasma : (1) Phương pháp quang phổ (dùng phổ kế) (2)Phương pháp dùng đầu dò điện (3)Phương pháp dùng sóng viba * Trong phương pháp phương pháp sử dụng đầu dò điện đánh giá cao có hệ đo đơn giản Phương pháp phát minh vào đầu kỷ XX Mott-Smith Langmuir LÝ THUYẾT CỦA DRUYVESTEIN SỬ DỤNG ĐỊNH LuẬT ĐỒNG DẠNG Mục tiêu cuối thành lập công thức xác định đặc trưng plasma Hàm phân bố điện tử theo lượng tỉ lệ với đạo hàm cấp hai đòng đầu dò d ie f (eV )  A V dV Trong : + V=Vp: điện đầu dò plasma, tính Volt (V) +f(eV) : lượng điện tử, tính electron-volt (eV) +ie : dòng điện tử đến đầu dò  Có nhiều cách để tìm đạo hàm bậc hai dòng đầu dò Phổ biến sử dụng dòng điện xoay chiều với biên độ nhỏ A1 Anod R3 V R1 R2 + + Nguồn đầu dò - Nguồn cao A2 - Nguồn xoay chiều tạo vi phân cho đầu dò catod Mạch điện dùng để xác định đạo hàm bậc dòng đầu dò Giả sử điện xoay chiều ∆V có dạng : ∆V= acos(ωt) Với a, ω biên độ tần số điện xoay chiều Dòng đầu dò khai triển Taylor theo mức ∆V sau : '' ie (V  V )  ie (V )  i (V )V  ie (V )(V )  2! a '' a ' ''' a  ie (V )  ie (V )  ie (V )   [aie' (V )  ie''' (V ) cos2 t  ]cost 64 a '' a '' ''  [ ie (V ) sin t  ie (V )(2 sin t  sin t )  ]sin t  48 ' e Đạo hàm bậc dòng đầu dò có mặt thành phần khơng đổi thành phần điều hòa chuỗi  Nếu bỏ qua thành phần điều hòa, ta có: a '' a '''' ie (V  V )  ie (V )  ie (V )  ie (V )  64 Suy : a '' ie  ie (V  V )  ie (V )  ie (V ) 4i  ie'' (V )  e a Trong a giá trị cực đại hiệu điện xoay chiều dùng để biến điệu dòng đầu dò Áp dụng cơng thức : E E ER  (CE  DEi)(N0 e N0 ) ER tính theo cơng thức : ER  exp{ln(CE  DEiRp2 )   E ln(N0 pR2 )   E N 0pR2} - Ống phóng điện hình trụ, làm thuỷ tinh không chứa tạp chất, ống có đường kính bề dày đồng điều - Ống thuỷ tinh dùng làm ống phóng điện phải có đặc tính sau đây: + khả đề kháng tốt với nhiệt độ + bề dầy đường kính đặn + Độ truyền qua lớn, nghĩa khả hấp thụ ánh sáng yếu + Khả hấp thụ tia tử ngoại lớn + Gia công hàn để nối đưa điện cực đầu dò vào ống phóng dễ dàng Vật liệu làm đầu dò phải bền trước tác động va chạm, nung nóng phản ứng hóa học Ngồi cơng điện tử phải đủ lớn để giảm đến mức tối thiểu phát xạ electron thứ cấp Các vật liệu thường sử dụng làm đầu dò : Mo(Molipden),W(Vonfram), Ti(Titan) Áp suất khí Ar : Par=1Torr Vp Ip I’p Áp suất khí Ar : Par=2Torr Ip-I’p Vp 4,9.10-5 (A) (V) Ip I’p Áp suất khí Ar : Par=3Torr Ip-I’p Vp 4,9.10-5 (A) (V) Ip I’p Ip-I’p 4,9.10-5 (A) (V) 11.0 12.7 1.7 11.8 14.2 2.4 12.5 15.5 10.8 12.4 1.6 11.5 13.7 2.2 12.3 15.2 2.9 9.8 11.3 1.5 10.4 12.6 2.2 10.9 13.7 2.8 4.5 5.3 0.8 4.7 6.1 1.4 6.3 1.3 2.5 3.2 0.7 2.5 3.5 2.5 3.3 0.8 1.5 0.5 1.5 2.1 0.6 1.5 0.5 0.7 1.05 0.35 0.7 0.3 0.7 0.3 0.2 0.4 0.2 0.2 0.4 0.2 0.2 0.4 0.2 0.1 0.1 0.2 0.2 0.1 0.1 -0.2 -0.2 -0.2 Trích từ : Luận văn thạc sỹ Vật lý tác giả NGUYỄN NGỌC AN ĐƯỜNG ĐẶC TUYẾN VOLT-AMPERE CỦA DÒNG ĐẦU DÒ i=20mA i=30mA i=40mA Nhận xét : dạng đường đặc tuyên V-A tương đối phù hợp với lý thuyết Áp suất khí Ar (Torr) NỒNG ĐỘ ĐiỆN TỬ 1010(cm-3) 0.9143 0.9232 0.9474 NĂNG LƯỢNG TRUNG BÌNH CỦA ĐiỆN TỬ (eV) 2.56 2.52 2.47 i=20mA i=30mA i=40mA SỰ THAY ĐỔI NẰNG LƯỢNG ĐiỆN TỬ TRUNG BÌNH THEO CƯỜNG ĐỘ DỊNG PHĨNG ĐỆIN i=20mA i=30mA i=40mA Vsp Anod Điện tích khơng gian Vp V Vôn kế A Ampe kế Nguồn điện chiều Đầu dò điện Vsp : hiệu điện điện cực lớp biên điện tích khơng gian bao quanh đầu dò, gọi điện khơng gian Vp : hiệu điện bề mặt đầu dò lớp biên điện tích khơng gian, gọi điện đầu dò  Dòng qua đầu dò kết hợp dòng điện tạo chuyển động có hướng điện tử dòng điện tạo chuyển động có hướng ion dương Ip = Ii + Ie ĐẶC TUYẾN VOLT-AMPERE CỦA ĐẦU DÒ PHẲNG LÝ TƯỞNG IP Ibh Vf Vsp VP Nếu phân bố điện tử theo bán kính ống phóng dạng hàm Bessel, ta có : i  0.43R en0ebe E Với be~1/P ta có: n0 e i  0.43e ER R P R i  2ebe Ez  ne (r )rdr Vì vậy, thơng số PR i/R không đổi, tất yếu đảm n f ( v ) e bảo cho đặc trưng , ,  không đổi P P                   clc clear all V=[0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9]; I1=[11.8 11.5 10.4 4.8 2.5 1.5 0.7 0.2 -0.2]; I2=[13.2 12.9 11 4.8 2.5 1.5 0.7 0.2 -0.2]; I3=[14.4 14.2 11.5 2.5 1.5 0.7 0.2 -0.2]; x1=0:-0.05:-9; x2=0:-0.05:-9; x3=0:-0.05:-9; i=1 for i=1:length(x1) y1(i)=interp1(V,I1,x1(i),'cubic'); y2(i)=interp1(V,I2,x2(i),'cubic'); y3(i)=interp1(V,I3,x3(i),'cubic'); i=i+1 end plot(x1,y1,x3,y3,x2,y2) ... tìm đạo hàm bậc hai dòng đầu dò Phổ biến sử dụng dòng điện xoay chiều với biên độ nhỏ A1 Anod R3 V R1 R2 + + Nguồn đầu dò - Nguồn cao A2 - Nguồn xoay chiều tạo vi phân cho đầu dò catod Mạch điện... đạo hàm cấp hai đòng đầu dò d ie f (eV )  A V dV Trong : + V=Vp: điện đầu dò plasma, tính Volt (V) +f(eV) : lượng điện tử, tính electron-volt (eV) +ie : dòng điện tử đến đầu dò  Có nhiều cách... dùng đầu dò điện (3)Phương pháp dùng sóng viba * Trong phương pháp phương pháp sử dụng đầu dò điện đánh giá cao có hệ đo đơn giản Phương pháp phát minh vào đầu kỷ XX Mott-Smith Langmuir LÝ THUYẾT