ラングミュアプローブと発光プローブを、すぐに入手できる実験材料を使用して作る方法に関するステップバイステップのプロトコルを、自作したい研究者向けに提供しています。ラボですぐに入手できる材料を使用することで、プラズマ診断用の静電プローブの構築と保守が安価かつ容易になり、さまざまなラボ環境へのシステムの適応性が高まります。当社の建築プロトコルで使用している真空インターフェースは、他の低圧デバイスのフィードスルー方法としても使用できます。
このプロトコルを実行する場合、電気的導通チェック、セラミックペーストの硬化、プローブの脆弱性の管理などは、最初は難しいように思えるかもしれません。まず、ラングミュワールプローブを構築します。直径1/4インチのステンレス鋼管をプローブシャフトとして使用します。
プローブがチャンバーの長さの半分以上を軸方向にカバーできるようにチューブを切断します。SS-4-UT-A-8アダプターとB-810-6ユニオンチューブフィッティングを組み合わせて、シャフトの曲がっていない側を真鍮チューブに通して取り付けます。B-810-1またはSwagelokインターフェースを介してカスタマイズされたフランジから伸びる半インチの真鍮チューブを使用して、プローブ・シャフトを軸方向でサポートします。
プローブ・シャフトの曲がっていない方の端をBNCハウジングにB-400-1またはSwagelok継手で接続します。金でコーティングされたニッケルワイヤーを2本の単口アルミナチューブに通し、太い方のチューブをプローブシャフトの内側に取り付けます。金でコーティングされたニッケル線の一端を、プローブシャフトの端にあるBNCフィードスルーのペンに吸い込まれた剥がした線にスポット溶接します。
次に、金被覆線を切断して、剥がした線との接合部がアルミナ管の内側に収まるようにして、プローブシャフトとの短絡を防ぎます。タンタルシートを打ち抜いて、1/4インチのプレーナーラングミュアプローブチップを作成し、金コーティングされたニッケルワイヤーのもう一方の端をチップの端にスポット溶接し、プローブチップを境界プレートの軸に垂直に設定します。シース内部で測定を行う際に、プローブの本体が境界プレートに触れないように、プローブの先端を少し前方に配置します。
すべての接合部をセラミックペーストで密封してプローブ回路コンポーネントをプラズマから絶縁し、ヒートガイを使用してセラミック接合部を5〜10分間焼きます。マルチメータを使用して、プローブチップとBNCコネクタ間の抵抗を測定します。導通が実証されれば、プローブを真空チャンバーに入れる準備が整います。
円筒形のアドミッシブプローブを構築するには、シングルボアチューブの代わりに1/8インチ2ボアアルミニウムチューブを使用する場合を除き、前述の手順に従います。直径0.025mmのタングステン線を約1cmに切断し、タングステンフィラメントを金でコーティングされた線にスポット溶接します。代替ジョイントをセラミックペーストで密封し、ペーストがタングステンフィラメントに入らないようにします。
2つのBNC端間の導通を確認します。チャンバーにガスを入れる前に、イオンゲージをオンにしてベース圧力を確認してください。そうでない場合は、システムに漏れがないか確認してください。
ペンを使用して、数値が±0.01ミリトール以内に浮かび上がるまで、バラトロンディスプレイを調整します。ニードルバルブが閉じた位置にあることを確認してください。次に、シャットオフバルブを開き、バラトロンの読み取り値に圧力変化がないことを確認します。
ニードルバルブのノブをゆっくりと回して、必要な圧力に達するまでガスをチャンバーに放出します。電圧電源をオンにし、電圧をマイナス60ボルトに設定して、アルゴンヌの最大電離断面積に十分な電子エネルギーを供給します。次に、フィラメントの加熱電源をオンにし、放電電流が必要な値を読み取るまでレベルをゆっくりと調整します。
電圧供給を境界プレートに接続し、バイアスを目的のレベルに調整します。次に、測定に進みます。プローブをデータ収集および制御回路に取り付け、プローブに印加される電圧を掃引すると同時に、プローブによって引き出される電流を測定します。
電流電圧トレースを保存します。アドミッシブプローブ、データ収集および制御回路でデータ収集を繰り返します。ラングミュアプローブは4つの異なる構成で製造され、LPJとラベル付けされ、Jは1から4までの整数である。
プローブの設計には、円筒形のラングミュアプローブLP 1、両面ラングミュアプローブ、LP 2、境界板に面した面をセラミックペーストで密封したプレーナーラングミュアプローブLP3、および境界板の反対側をセラミックペーストで覆った面のランミュアプローブLP4が含まれていました。ここでは、ラングミュアプローブとミッシブプローブの電位測定値の比較を示します。4種類のラングミュアプローブをミッシブプローブと比較し、プラズマ境界付近、特にプレシース領域におけるプラズマ電位をどの程度測定するかを決定しました。
ラングミュアプローブを使用してプラズマ電位を測定する方法が正確な結果が得られるかどうかを判断するために、さまざまなプローブ設計がテストされました。すべてのラングミュアプローブ測定値は、プラズマポテンシャルのアドミッシブプローブ測定値と比較されました。プレシースでは、ラングミュアプローブで測定されたすべての血漿電位は、アドミッシブプローブで測定されたものとは異なります。
この差はシースエッジに近づくにつれて拡大し、多くの電子温度の値に成長します。温度、密度、購入長さ、およびプラズマの大部分のLP 2による測定から得られた子ラングミュアシース長などのプラズマパラメータがここに示されています。これらのパラメータは、平面ラングミュアプローブの公称シース厚さの適切な推定値を確立するのに役立ちます。
このプロトコルを正常に実行するには、セラミックペーストを乾燥させるときにすべての気泡を焼きます。また、プローブを真空チャンバーに入れる前に、プローブテープとBNCヘッドの間の導通チェックと、プローブテープとプローブシャフト間の取り付けチェックを忘れないでください。静電プローブは、プラズマ波を検出して発射し、プラズマの不安定性の存在を測定し、二重層や固体トンなどのプラズマに見られるコヒーレント構造をマッピングするために使用されます。
