Una sonda de bolígrafo [1] es una sonda de Langmuir modificada que se utiliza para medir el potencial plasmático [2] en plasmas magnetizados. La sonda de bolígrafo equilibra las corrientes de saturación de electrones e iones, de modo que su potencial de flotación sea igual al potencial de plasma. Debido a que los electrones tienen un radio de giro mucho más pequeño que los iones, se puede usar un escudo cerámico móvil para filtrar una parte ajustable de la corriente de electrones del colector de la sonda.
Las sondas de bolígrafo se utilizan en la física del plasma, especialmente en tokamaks como CASTOR, (Academia Checa de Ciencias Torus) [1] [2] [3] Actualización de ASDEX , [4] [5] [6] [7] [8 ] [9] [10] BRÚJULA , [6] [7] [11] [12] [13] [14] [10] [15] [16] [17] [1] ISTTOK , [10] [18] MAST , [19] [20] TJ-K, [21] [22] RFX, [23] H-1 Heliac , [24] [25] IR-T1, [26] [27] [28] GOLEM [29 ] así como dispositivos de baja temperatura como magnetrón cilíndrico de CC en Praga [21] [30] [31] [32] [33] y dispositivos de plasma magnetizado lineal en Nancy [34] [35] y Ljubljana . [21] [30] [36]
Principio
Si se inserta una sonda de Langmuir (electrodo) en un plasma , su potencial no es igual al potencial del plasmaporque se forma una vaina de Debye , sino a un potencial flotante. La diferencia con el potencial del plasma viene dada por la temperatura del electrón :
donde el coeficiente viene dada por la relación entre la densidad de corriente de saturación de electrones e iones ( y ) y áreas de recolección de electrones e iones ( y ):
La sonda de bolígrafo modifica las áreas de recolección de electrones e iones de tal manera que la relaciónes igual a uno. Como consecuencia,y el potencial flotante de la sonda de bolígrafo se vuelve igual al potencial del plasma independientemente de la temperatura del electrón :
Diseño y calibración
Una sonda de bolígrafo consta de un colector de forma cónica ( acero inoxidable no magnético , tungsteno , cobre , molibdeno ), que está protegido por un tubo aislante ( nitruro de boro , alúmina ). El colector está completamente blindado y todo el cabezal de la sonda se coloca perpendicular a las líneas del campo magnético .
Cuando el colector se desliza dentro del escudo, la relación varía y se puede establecer en 1. La longitud de retracción adecuada depende en gran medida del valor del campo magnético . La retracción del colector debe estar aproximadamente por debajo del radio de Larmor del ion . [ cita requerida ] La calibración de la posición correcta del colector se puede hacer de dos maneras diferentes:
- El colector de la sonda de bolígrafo está polarizado por un voltaje de baja frecuencia que proporciona las características IV y obtiene la corriente de saturación de electrones e iones. Luego, el colector se retrae hasta que las características IV se vuelven simétricas. En este caso, la relaciónestá cerca de la unidad, aunque no exactamente. [1] [5] [37] Si la sonda se retrae más profundamente, las características IV permanecen simétricas.
- El potencial del colector de la sonda de bolígrafo se deja flotando y el colector se retrae hasta que su potencial se satura. El potencial resultante está por encima del potencial de la sonda de Langmuir. [ aclaración necesaria ]
Medidas de temperatura de electrones
Utilizando dos medidas del potencial plasmático con sondas cuyo coeficiente difieren, es posible recuperar la temperatura del electrón de forma pasiva (sin ningún voltaje o corriente de entrada). Usando una sonda Langmuir (con una no despreciable) y una sonda de punta de bola (cuyo asociado es cercano a cero) la temperatura del electrón viene dada por:
dónde se mide con la sonda de bolígrafo, por la sonda Langmuir estándar, y viene dada por la geometría de la sonda de Langmuir , la composición del gas de plasma, el campo magnético y otros factores menores ( emisión de electrones secundarios , expansión de la vaina, etc.) Se puede calcular teóricamente, su valor es aproximadamente 3 para un plasma de hidrógeno no magnetizado. [38] [39]
En la práctica, la relación para la sonda de bolígrafo no es exactamente igual a uno, [5] por lo que el coeficiente debe ser corregido por un valor empírico para :
dónde
Referencias
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enlaces externos
- Tesis de doctorado, Jiri Adamek (idioma checo e inglés)
- Resumen: diseño de la sonda de bolígrafo, teoría y primeros resultados en diferentes dispositivos de fusión .
- Examen de picos de corriente de plasma y análisis general de disparos en modo H en el tokamak COMPASS
- Mediciones de sonda eléctrica en el COMPASS Tokamak
- Mediciones de sonda en el COMPASS Tokamak
- Sonda de escaneo sensible a iones para mediciones de perfil de plasma en el límite del Alcator C-Mod tokamak
- Desarrollo de sondas para la evaluación del transporte de calor iónico y el flujo de calor de la vaina en el límite del Alcator C-Mod Tokamak [ enlace muerto permanente ]
- Video: Evolución temporal del ELM Tipo I en la región del desviador en el tokamak COMPASS.
- Las nuevas sondas desviadoras Ball-pen y Langmuir del tokamak COMPASS.