Температура в центре столба дугового разряда в плазме аргона (давление 0,1 мПа, радиус канала 3 мм)

Ток, А	22,0	30,5	54,0	73,0	78,0	110,0
Температура, К	9340	10140	10920	11680	12160	12550

Решение уравнения Абеля описано в п. 1б.2. Решение следует осуществлять путем написания программы. Рекомендуется первоначально аппроксимировать полученную зависимость полиномами, после чего определять зависимость . Построение графика температуры осуществляется через зависимостьс помощью формулы (1б.7).

По окончании работы не забудьте подготовить отчет.

1Б.4.Порядок защиты

Для защиты лабораторной работы учащийся должен представить распечатанные файлы программы, с помощь которой осуществлялась обработка экспериментальных данных. На защите лабораторной работы студент обязан продемонстрировать не только знание технической части работы, но и понимание ее теоретических основ. При подготовке к защите полезно ответить на контрольные вопросы, приведенные в п.1б.5.

1Б.5.Контрольные вопросы

1. Температура какой плазменной компоненты определяется в данной ЛР?

2. Падающий световой поток на вход видеокамеры (следовательно, его сигнал) зависит от ширины раскрытия щели спектрографа. Почему в данной ЛР не требуется ее измерять?

3. Какие параметры нужно измерить в данной ЛР, чтобы определить температуру дуги в центре столба?

4. Как изменилось бы уравнение переноса излучения, если бы плазму нельзя было считать оптически тонкой?

5. Объясните физику процессов, имеющих место при поджиге дуги способом, применяемым в данной ЛР.

Лабораторная работа №2

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТА ХОЛЛА В ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ПЛАЗМЕ

2.1. Цель работы

Целью настоящей работы является исследование свойств газоразрядной плазмы в магнитном поле. В процессе выполнения лабораторной работы студенты получают навыки в проведении следующих операций:

1. Отработка методов получения газоразрядной плазмы и закрепление навыков работы с измерительной аппаратурой.

2. Экспериментальное исследование эффекта Холла в газоразрядной плазме в виде получения зависимости холловского напряжения от величины индукции магнитного поля.

3. Обработка экспериментальных результатов.

4. Расчет температуры электронов и времени потери импульса в неравновесной плазме, находящейся в газоразрядной трубке в предположении, что разряд горит в т.н. режиме Шоттки.

5. Анализ погрешностей величин, измеряемых в ходе эксперимента.

2.2. Описание экспериментальной установки

В настоящей работе эксперимент проводится на газоразрядной кварцевой трубке, изображенной на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Схема газоразрядной трубки

Здесь цифрами 1-4 обозначены электрические зонды, предназначенные для измерения электрических полей, возникающих в трубке при горении в ней тлеющего разряда. Зонды представляют собой двойные молибденовые проволочки, впаянные в стенки трубки. Буквой А на рис. 2.1. обозначен анод, буквой К – катод. Катод является обогреваемым, он выполнен в виде полого стакана, внутри которого располагаются спирали, по которым пропускается переменный электрический ток, нагревая их до красного каления (около 800⁰ С). Электроны с катода попадают в газ в результате процесса термоэлектронной эмиссии.

Трубка помещена между полюсами электромагнита, с изменением тока в обмотке которого меняется индукция магнитного поля. В исследуемом диапазоне значений индукции магнитного поля в разрядной трубке, ее зависимость от тока в обмотке магнита практически линейна и изменению тока в обмотке на 1 мА соответствует изменение индукции магнитного поля на 1 Гс (10^-4 Тл). Принципиальная схема установки приведена на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Принципиальная схема установки

Здесь: V12 – вольтметр для измерения разности потенциалов между зондами 1-2; V34 – вольтметр для измерения разности потенциалов между зондами 3-4; A – амперметр для измерения тока в обмотке электромагнита; Источник– источник высокого напряжения для поджога разряда в газовой трубке, 1.5 кВ; Агат – источник питания электромагнита «Агат», 12 В; R – реостат для регулировки тока в обмотках электромагнита; П – переключатель для перекоммутации обмоток магнита; Ar – баллон с аргоном; K1 – вентиль регулировки натекания газа в систему; ВН-46-1М –форвакуумный насос ВН-46-1М; K2 – кран-переключатель, соединяющий насос с атмосферой.

Газоразрядная трубка заполняется аргоном, давление которого в рабочем режиме может варьироваться вентилем К1 в диапазоне 0.5–0.05 мм. рт. ст. Газовая система выполнена открытого типа, когда газ, непрерывно подтекающий в систему из баллона, непрерывно же откачивается из нее. Это обеспечивает достаточно высокую чистоту газа в исследуемом объеме. Разряжение в системе поддерживается форвакуумным насосом ВН-46-1М.

Давление аргона в разрядной трубке определяется с помощью ионизационно-термопарного вакуумметра ВИТ-2. В процессе выполнения работы используется только его термопарный преобразователь. Электродвижущая сила, развиваемая термопарным преобразователем, определяется температурой его нагревателя. Если в преобразователе, вакуумно-плотно соединенном с исследуемым объемом, ток накала нагревателя поддерживается постоянным (126 мА), то электродвижущая сил термопарного преобразователя будет определяться давлением окружающего газа, так как температура нагревателя зависит от его теплопроводности. При понижении давления теплопроводность газа уменьшается, температура же нагревателя увеличивается, увеличивается и электродвижущая сила термопарного преобразователя. По известной зависимости термо-э.д.с. от давления (таб. 2.1) определяется давление в обследуемой системе.

Таблица 2.1

Э.Д.С. преобразователя, мВ	1	2	3	4
Давление, мм. рт. ст.	0.2	0.09	0.055	0.036

Выбор аргона в качестве рабочего газа обусловлен хорошей изученностью его свойств в широком диапазоне параметров.

Для создания первоначальной ионизации в объеме трубки требуется, чтобы первичные электроны, всегда, хотя и в малом количестве присутствующие в газе, имели возможность, будучи ускоряемы электрическим полем, на длине своего свободного пробега набрать энергию, достаточную для ионизации нейтральных атомов. В этой связи пробой холодного газа при возникновении тлеющего разряда, даже при пониженных давлениях, требует значительной напряженности электрического поля. Поэтому для поджога и последующего поддержания горения тлеющего разряда используется источник высокого напряжения (максимальное выходное напряжение U = 1.5 кВ, ток разряда не более I=2 мА).

Физические явления, лежащие в основе эффекта Холла в плазме, подробно изложены в работах [1, 3, 4] и здесь детально не описаны.