Оптическая эмиссионная спектроскопия для исследования области взаимодействия плазменного потока с вольфрамовым образцом

В работе предложены методики обработки данных оптической эмиссионной спектроскопии при исследовании области взаимодействия гелиевой плазмы с плотностью основного газа [He] ≈ 10¹²– 10¹⁴ см^–3 и электронов ne ≈ 10¹¹–10¹³см^–3 с вольфрамовым образцом в установке ПЛМ, созданной для испытаний материалов плазменной нагрузкой. С использованием коронального приближения предложен метод определения температуры электронов. Для расчета необходимо выбирать отношение интенсивностей спектральных линий, наиболее чувствительное к электронной температуре, в рассматриваемом случае это является отношение интенсивности ионных линий к атомным. Сравнение отношения экспериментальных интенсивностей ионной линии He II 468.5 нм и ряда атомных линий He I с хорошо известными константами электронного возбуждения с рассчитанной зависимостью этого отношения от средней энергии электронов оказалось надежным методом спектрального определения электронной температуры замагниченной разреженной плазмы гелия. При экспериментальных условиях: концентрация атомарного гелия [He] ≈ 10¹⁴ см^–3, ток разряда 2–10 А, падение напряжения 160–180 В, радиус и протяженность разряда 16 и 370 мм соответственно, измеренная с использованием двух синглетных и двух триплетных линий He I температура электронов составила Te = 2.4 ± 0.2 эВ. С учетом нелокальности функции распределения электронов по энергии (ФРЭЭ), сложного характера дрейфа и диффузии зарядов в скрещенных и неоднородных EΧH-полях и др., соответствующую этой температуре среднюю энергию электронов = (3/2)k Te 3.6 эВ можно считать оценкой снизу для энергии максвелловского участка ФРЭЭ исследуемой плазмы.

1. Будаев В.П., Федорович С.Д., Мартыненко Ю.В., Лукашевский М.В., Губкин М.К., Карпов А.В., Лазукин А.В., Шестаков Е.А., Кавыршин Д.И., Рогозин К.С. // Ядерная физика и инжиниринг. 2018. Т. 9 (3). С. 283−294. https://doi.org/10.1134/S207956291803003X [Budaev V.P., Fedorovich S.D., Lukashevsky M.V., Gubkin M.K., Lazukin A.V., Kavyrshin D.I., Rogozin K.S. // Phys. At. Nucl. 2019. V. 82. P. 1281–1291. https://doi.org/10.1134/S1063778819090023].

2. Магунов А.Н. // Спектральная пирометрия. 2012. Москва: Физматлит.

3. Korshunov O.V., Chinnov V.F., Kavyrshin D.I. // High Temp. 2019. V. 57. 147–155. https://doi.org/10.1134/S0018151X18060147

4. Korshunov O.V., Chinnov V.F., Kavyrshin D.I. // High Temp. 2019. V. 57. P. 308–315. https://doi.org/10.1134/S0018151X19020081

5. Lochte-Holtgreven W. (ed.) Plasma Diagnostics. 1968. Amsterdam: North Holland.

6. Ochkin V.N. Spectroscopy of Low Temperature Plasma. 2009. Weinheim: Wiley-VCH.

7. Biberman L.M., Vorob’ev V.S., Yakubov I.T. Kinetics of Nonequilibrium Low-Temperature Plasmas. 1987. Berlin: Springer.

8. Kramida A., Ralchenko Yu., Reader J., NIST ASD Team. NIST Atomic Spectra Database (ver. 5.9). 2021. Gaithersburg, MD: Natl. Inst. Standards Technol. https://physics.nist.gov/asd https://doi.org/10.18434/T4W30F

9. Cross Section Database for Helium. NIFS-DATA059. 2000. Natl. Inst. Fusion Sci.

10. Van Eden G.G., Kvon V., van de Sanden M.C.M., Morgan T.W. // Nat. Commun. 2017. V. 8. P. 192. https://doi.org/10.1038/s41467-017-00288-y

11. Pigarov A.Y. // Phys. Scr. 2002. V. 96. P. 16–31.