II. Методика лазерного рассеяния плазмы

Билет 9

Методы лазерного рассеяния плазмы.

Известно, что основную роль при рассмотрении процесса лазерного рассеяния играет параметр Солпитера, который определяется выражением:

(31) ,

где -радиус Дебая, -длина когерентности, связанного с длиной волны падающего излучения и углом рассеяния.

Если параметр Солпитера мал, <<1 , длина <<r, то рассеяния света на электронах никак несвязно с экранирующим действием зарядов дебаевской

Рисунок 13. Формирование рассеянного излучения.

Спектр рассеянного излучения определяется двойным эффектом Доплера.

Расчеты показывают, что полуширина спектра рассеянного излучения пропорционально электронной температуре:

Для рубинового лазера при =0 получим следующую расчетную формулу:

При >>1, полуширина спектрального контура рассеянного излучения пропорционально ионной температуре: (34)

Типичная экспериментальная схема установки получению рассеянного излучения приведена на рисунке 14

Рисунок 14 Схема установки по лазерному рассеянию

Лазер,

С - конденсаторы,

Плазма,

Камера,

Поглощаюая камера,

Анализатор спектра,

Фотоприемник

9-регистрирующие устройства

Лазерное излучение, попадая в камеру 4, рассеивается плазмой, основная часть излучения проходит через плазму и направляется в поглощающую ловушку. Рассеянное излучение собирается оптической системой, направляется на анализатор спектра и фотоприемник, а затем на регистрирующее устройство. Отметим некоторые особенности лазерного рассеяния.

Во-первых, в основе метода лежит наблюдение непосредственного взаимодействия квантов света с частицами плазмы. Это упрощает принципиальную сторону дела, поскольку само явление не определяется таким фактором как нарушение макссвеловского распределения, которое трудно подается оценке; во-вторых, обеспечивает уникальное временное и пространственное разрешение и дает большую информацию о плазме: то есть, позволяет определить такие параметры как температуру и концентрацию электронов; температуру и концентрацию ионов, а также моменты функции распределения электронов по скоростям.

К недостатком метода следует отнести малое сечение рассеяния и как следствие малую мощность рассеянного излучения

Модель плазмы как сплошной среды и её приложения для диагностики.

Смотри в телефон )))

Билет 10

Метод лазерной интерферометрии плазмы.

Класификация методов лазерной диагностики. Методика лазерной интерферометрии плазмы

Методы лазерной диагностики связаны с появлением в арсенале плазменных исследований оптических квантовых генераторов (ОКГ), с их монохроматичностью, когерентностью и направленностью в сочетании с возможностью получения больших значений мощностей. Лазерные методы исследования плазмы можно разделить на две группы: 1) методы лазерной интерферометрии ; 2) методы лазерного рассеяния. Первый из методов позволяет расшифровать параметры плазмы по интерферограмме. Интерференционные методы разделяются на группу методов с визуализацией поля и фотоэлектрической регистрацией. К интерференционным схемам с визуализацией поля относятся интерферометры Майкельсона, Жамена, Фабри-Перо, Маха-Цандера , Рождественского. Использование этих схем в лазерной интерферометрии дает возможность осуществить амплитудное деление исходного светового луча на два когерентных пучка, распространяющихся в двух разделенных в пространстве направлениях. Затем эти пучки совмещаются и образуют интерференционную картину, пространственная частота в которой определяется углом a между интерференционным пучком и длиной волны

(29) ,

где d – расстояние между двумя максимумами соседних полей.

Если плазма, попадаемая в интерферометр, зондируется монохроматическим излучением с постоянной частотой , то изменение порядка интерференции определится следующим выражением:

(30),

где l-характерный геометрический размер плазмы. Таким образом, зная g можно определить концентрацию электронов.

Группа методов с фотоэлектрическиой регистрацией основана на применении фотоэлектронных умножителей (ФЭУ), которые обычно располагаются за выходной щелью монохроматора. Импульс тока, возникающий в ФЭУ под действием освещения фотокатода, создает на нагрузочном сопротивлении напряжение, которое усиливается и подается на осциллограф. Другими словами, ФЭУ переводит оптический сигнал в электрический. Для правильной передачи сигнала ФЭУ должен работать на линейном участке амплитудной характеристики. Излучение плазмы имеет постоянное и пульсационное слагаемые. Эти слагаемые часто переводят работу ФЭУ в область насыщения. Улучшить линейность амплитудной характеристики ФЭУ по постоянному току можно с помощью питания его последовательных каскадов от отдельных источников. При определенных условиях в плазме происходят флуктуации плотностей, приводящие к возникновению рассеянного излучения. Это явление используется в методе лазерного рассеяния /4/, который позволяет определить параметры плазмы по спектральному распределению рассеянного плазмой излучения. По полученным спектрам можно определить электронную и ионную температуры, моменты функции распределения электронов по скоростям, напряженность магнитного поля плазмы.

II. Методика лазерного рассеяния плазмы