Таким образом, определяя токи насыщения на правой и левой ветвях зондовой характеристики (из-за неточности выполнения зондов токи насыщения могут слегка различаться) и измеряя наклон зависимости dUd/dId в точке Ud = 0, можно определить температуру электронов. По известной температуре электронов, применяя формулу Бома, можно определить концентрацию заряженных частиц в плазме.

16.1.4 Временное разрешение зондов

Во многих экспериментах возникает необходимость проведения зондовых измерений в неустановившейся плазме, параметры которой изменяются во времени. При этом следует учесть, что время, необходимое для записи характеристики или ее ветви с помощью зонда, должно быть намного меньше любого характерного времени изменения параметров плазмы. Поскольку основа всякого зонда – слой пространственного заряда, то очевидно, что временное разрешение зондов связано с установлением слоя при скачкообразном изменении потенциала плазмы. Представим себе, что потенциал плазмы изменится мгновенно. Означает ли это, что ток на зонд также изменится мгновенно? Очевидно, нет, поскольку для этого потребуется некоторое время, равное времени пролета

иона в слое, которое грубо можно оценить как
τi = lc/vi.	(3.21)

В разряде низкого давления lc << 1 мм, vi = 104 м/с. Отсюда τi = 10–7 с. Таким образом, при частоте изменения параметров плазмы более 10 МГц зонд не успевает отследить изменение этих параметров.

16.2 Спектральная диагностика плазмы

167

По своему составу плазма представляет собой сложную систему, состоящую из частиц различного сорта. Все частицы сталкиваются друг с другом. В результате этих взаимодействий происходит испускание квантов света, параметры которых несут в себе информацию о параметрах плазмы. Из процессов в плазме, которые сопровождаются излучением, преобладающими являются тормозное излучение

е + А+ = е + А+ + hv,	(3.22)
рекомбинационное излучение
е + А = e + A* + hv,	(3.23)
излучение резонансной полосы
А + А* = A + A + hv.	(3.24)

Здесь А* – возбужденный атом. Скорость протекания каждого процесса является функцией температуры электронов и концентрации плазмы. Однако в различных условиях вклад каждого из процессов неодинаков. Тормозное излучение возникает в результате неравномерного движения электронов в полях ионов. Спектр этого излучения – непрерывный, поскольку при торможении электрон может терять от нулевой до максимальной энергии. Общая интенсивность излучения Q пропорциональна концентрации электронов и ионов с учетом их зарядности Z, поскольку излучение тем сильнее, чем больше электриче-

ские поля
Q1 = b1neniZ2Te1/2 ,	(3.25)

где b1 – постоянная.

Рекомбинационное излучение возникает при захвате ионом приближающегося к нему электрона. Поскольку распределение электронов по скоростям описывается статистикой Максвелла–Больцмана и, следовательно, скорости электронов могут принимать любые значения, то и в этом случае спектр излучения будет непрерывным

Q2 = b2neniZ4Te1/2 .

(3.26)

Возможна также диагностика плазмы по линейчатому спектру излучения.

168