2411-3336 2541-9404 Записки Горного института Journal of Mining Institute Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины ΙΙ Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University pmi-5476 https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/5476 Гуманитарные и фундаментальные исследования Humanities and fundamental researches Cylindrical probe in anisotropic plasma: how can we achieve reliable results? Диагностика анизотропной плазмы цилиндрическими зондами: как достичь желаемого результата? Mustafaev A. S. Мустафаев А. С. Mustafaev A. S. alexmustafaev@yandex.ru Национальный минерально-сырьевой университет «Горный» (Россия) National Mineral Resources University (Mining University) (Russia) Grabovskiy A. Y. Грабовский А. Ю. Grabovskiy A. Y. schwer@list.ru Национальный минерально-сырьевой университет «Горный» (Россия) National Mineral Resources University (Mining University) (Russia) 27 12 2013 2013 206 226 230 01 01 2013 20 03 2013 27 12 2013 © 2013 А. С. Мустафаев, А. Ю. Грабовский © 2013 A. S. Mustafaev, A. Y. Grabovskiy 2013 А. С. Мустафаев, А. Ю. Грабовский A. S. Mustafaev, A. Y. Grabovskiy Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0) https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/5476

Цилиндрический зонд в анизотропной плазме позволяет измерять только чeтные компоненты разложения функции распределения электронов по скоростям. Впервые разработан метод определения нечетных моментов функции распределения путем решения системы кинетических уравнений Больцмана, связывающих между собой четные и нечетные моменты ( f0, f1); ( f0, f1 , f2) и т.д. Методика апробирована в плазме низковольтного пучкового разряда в гелии. Получены экспериментальные зондовые кривые для различ-ных ориентаций цилиндрического зонда относительно оси симметрии плазмы. Рассчитаны моменты f0, f2, а момент f1 определен с помощью решения «векторного» кинетического уравнения. Точность восстановления f1 контролировалась по совпадению расчетной и измеренной величин разрядного тока. Экспериментальные и теоретические данные хорошо согласуются.

It has been demonstrated, that cylindrical probe in anisotropic plasma allows to measure only the even components of the electron velocity distribution expansion. For the first time the method for determining the odd moments of the distribution function by solving a system of ki-netic Boltzmann equations, connecting the even and odd moments ( f0, f 1); ( f0, f 1, f2) etc. has been developed. The method was tested in plasma of low-voltage beam discharge in helium. The experimental probe I- V traces for different orientations of a cylindrical probe with respect to the axis of symmetry of the plasma has been obtained. The moments of f0 and f2 has been cal-culated, f1 moment is defined by solving the «vector» kinetic equation. The accuracy of f1 calculation controlled by coincidence of calculated and measured values of discharge current. Theoretical and experimental values are in a good agreement.

 Ключевые слова анизотропная плазма цилиндрический зонд функция распределения электронов уравнение Больцмана Keywords anisotropic plasma cylindrical probe electron distribution function Boltzmann’s equation Голант В.Е. Основы физики плазмы / В.Е. Голант, А.П. Жилинский, С.А. Сахаров. М., 1977. 283 с. Golant V.E., Zhilinsky A.P., Saharov S.A. Basics of plasma physics. Moscow, 1977. 283 p. Измерение интеграла электронатомных столкновений в низкотемпературной плазме / А.П. Мезенцев, А.С. Мустафаев, В.Ф. Лапшин, В.Л. Федоров // ЖТФ. 1986. Т.56. № 11. С.2104-2109. Mezentsev A.P., Mustafaev A.S., Lapshin V.F., Fedorov V.L. The measurements of the electron-atom collision integral in the low-temperature plasmas // ZTF. 1986. Vol.56. N 11. P.2104-2109. Лапшин В.Ф. Метод плоского одностороннего зонда для диагностики анизотропной плазмы / В.Ф. Лапшин, А.С. Мустафаев // ЖТФ. 1989. Т.59. № 2. С.35-45. Lapshin V.F., Mustafaev A.S. Flat one-sided probe method for diagnostics of the anisotropic plasma // ZTF. 1989. Vol.59. N 2. P.35-45. Мустафаев А.С. Исследование пучковой плазмы низкого давления. Процессы ионизации с участием возбужденных атомов / А.С. Мустафаев, В.Ф. Лапшин. Л., 1989. С.156-193. Mustafaev A.S., Lapshin V.F. Investigations of the low-pressure beam plasmas. Ionization processes. Leningrad, 1989. P.156-193. Хаксли Л. Диффузия и дрейф электронов в газе / Л. Хаксли, Р. Кромптон. М., 1977. 290 с. Huxley L., Crompton R. Diffusion and drift of electrons in the gas. Мoscow, 1977. 290 p. Winkler R., Braglia G.L., Hess A., Wilhelm J. Fundamentals of a technique for determining electron distribution functions by multi-term even-oder expansion in legendre polynomials. I. Theory // Beitr. Plasmophys. 1984. Vol.24. N 6. P. 657-674. Winkler R., Braglia G.L., Hess A., Wilhelm J. Fundamentals of a technique for determining electron distribution functions by multi-term even-oder expansion in legendre polynomials. I. Theory // Beitr. Plasmophys. 1984. Vol.24. N 6. P.657-674. Winkler R., Braglia G.L., Hess A., Wilhelm J. Calculations of electron swarm properties in N2 at moderate values of E/N // Beitr. Plasmophys. 1985. Vol.25. N 4. P.351-378. Winkler R., Braglia G.L., Hess A., Wilhelm J. Calculations of electron swarm properties in N2at moderate values of E/N // Beitr. Plasmophys. 1985. Vol.25. N 4. P.351-378. Mustafaev A.S. Probe method for investigation of anisotropic EVDF. Electron kinetic and applications of glow discharges. // Edited by U. Kortshagen, L.D. Tsendin. NY & London, Plenum Press. NATO ASI Series B: Physics. 1998. Vol.367. P.531-545. Mustafaev A.S. Probe method for investigation of anisotropic EVDF. Electron kinetic and applications of glow discharges. // Edited by U. Kortshagen, L.D. Tsendin. NY & London, Plenum Press. NATO ASI Series B: Physics. 1998. Vol.367. P.531-545. Godyak V.A., Demidov V.I. Probe measurements of electron-energy distributions in plasmas: what can we measure and how can we achieve reliable results?// J. Appl. Phys. 2011. Vol.44. P.1-29. Godyak V.A., Demidov V.I. Probe measurements of electron-energy distributions in plasmas: what can we measure and how can we achieve reliable results?// J. Appl. Phys. 2011. Vol.44. P.1-29. Kumar K. The physics of swarms and some basic questions of kinetic theory // Phys. Rep. 1984. Vol.112. N 5. P.321-375. Kumar K. The physics of swarms and some basic questions of kinetic theory // Phys. Rep. 1984. Vol.112. N 5. P.321-375. Sinfailam A.L., Nesbet R.K. Variational calculation on electron helium scattering // Phys. Rev. 1972. Vol.46. P.2118-2129. Sinfailam A.L., Nesbet R.K. Variational calculation on electron helium scattering // Phys. Rev. 1972. Vol.46. P.2118-2129.