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利用发射探针测量预鞘区等离子体空间电位,马锦秀，李毅人，肖德龙，郑尧邦，王道泳，张文贵中国科学技术大学近代物理系国家自然科学基金资助课题(批准号：10475075),一、鞘层和预鞘研究背景,理论研究较多实验诊断甚少：早期用电子束偏转精度很低激光诱导荧光信噪比较低发射探针比较稳定，效果较好利用尘埃颗粒悬浮只是设想,L.OksuzandN.Hershkowitz(2002)：首次利用发射探针诊断鞘和预鞘结构,等离子体空间电位的常用测量方法：单探针：I-V特性曲线，拐点悬浮电位法：精确度都不高，在鞘区、预鞘区更不能适用发射探针I-V特性曲线拐点比较常用强发射情况下的悬浮电位接近空间电位,双等离子体装置结构示意图Te1.4eV，ne3108cm-3,二、实验方案,发射探针结构示意图。加热电流0.21A。,1:用于电子收集和发射的长约8.5mm直径0.025mm的钨丝.2:直径0.17mm缠绕在钨丝上并且作为引线引出的铜丝.3:直径0:33的毛细玻璃管.4:直径0:8的玻璃管.5:用来固定的玻璃管.,发射探针头照片,不同加热电流下的发射探针伏安特性曲线。当灯丝开始发射电子后，发射电子流在等离子体电位附近变化非常剧烈。,三、实验结果,发射探针拐点法确定等离子体空间电位,V=VP,小栅网悬浮时，发射探针和柱探针测得的等离子体空间电位结果的对比。显然发射探针的结果更能反映预鞘和鞘层区的电位分布。,小栅网不同偏压下、其两侧等离子体空间电位的分布,放大后的电位的分布,根据Bohm判据，鞘和预鞘界面的电位为：e(Vs-Vp)=-0.5Te从而确定界面的x坐标，获得鞘厚,鞘层厚度的估算：,等离子体空间电位随栅网偏压的变化,负偏压：Vp变化很小正偏压：Vp增大,鞘层厚度随栅网偏压的变化,Child-Langmuir鞘：,德拜长度约为0.54mm,四、总结,发射探针的测量结果可以较好地反映预鞘区甚至鞘层内的结构。栅网正偏压下附近的等离子体电位被抬高。负偏压下基本不变。栅网正偏压下鞘层很薄，厚度无法准确确定。负偏
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