مشخصه‌یابی و مقایسه ضرایب پلاسمای لیزری با روش ردیاب لانگمیر در فشارهای پایین اتمسفر

مرشدیان, نادر; شاهوردی, فرشته; فرهبد, امیر حسین

doi:10.18869/acadpub.ijpr.15.1.25

مشخصه‌یابی و مقایسه ضرایب پلاسمای لیزری با روش ردیاب لانگمیر در فشارهای پایین اتمسفر

نویسندگان

نادر مرشدیان ¹

فرشته شاهوردی ²

امیر حسین فرهبد ³

¹ پژوهشکده فیزیک پلاسما و گداخت هسته‌ای - پژوهشگاه علوم وفنون هسته‌ای، تهران

² . گروه فیزیک، دانشگاه آزاد، واحد تهران مرکز، تهران

³ پژوهشکده لیزر واپتیک، پژوهشگاه علوم وفنون هسته‌ای، تهران

https://doi.org/10.18869/acadpub.ijpr.15.1.25

چکیده

در این پژوهش، پارامترهای پلاسمای تولید شده در میدان لیزر نانو ثانیه، نظیر دمای الکترونی، چگالی یون و همچنین سرعت یون در فشارهای مختلف گاز محیط به وسیله تک ردیاب لانگمیر مورد مطالعه قرار گرفته است. با استفاده از منحنی مشخصه جریان- ولتاژ ردیاب، در فشارهای مختلف (بازه 5-10×5 تا 10 میلی‌بار) دمای الکترون در گستره eV 29-2 و همچنین چگالی یونی از مرتبه 3-cm 1013 در مقیاس میلی‌متری و
3-cm 1011 در مقیاس سانتی‌متری از هدف تخمین زده شده است. در این روش جدا از مشخصه جریان- ولتاژ به دست آمده از ردیاب لانگمیر، با استفاده از زمان رسیدن بیشترین ذرات باردار (بیشینه سیگنال جریان) از لحظه تشکیل پلاسما می‌توان سرعت ذرات را در فاصله مشخصی از محل تشکیل پلاسما یا سطح هدف به دست آورد. اندازه‌گیری زمان‌های ثبت شده از پرواز الکترون‌ها و یون‌ها، سرعت آنها را از مرتبه cm/s 107 برای الکترون‌ها و cm/s 106 برای یون‌ها برآورد می‌کند. همچنین نتایج حاصل از این آزمایش با مقادیر به دست آمده در شرایط مشابه آزمایشگاهی به روش سایه‌نگاری مقایسه شده است.

کلیدواژه‌ها

پلاسمای لیزری

ردیاب لانگمیر

زمان پرواز

عنوان مقاله English

Characterization and comparison of laser induced plasma parameters by Langmuir probe at low pressure

نویسندگان English

N Morshedian ¹

F Shahverdi ²

A H Farahbod ³

چکیده English

In this paper, the electron temperature and ion density of laser-produced plasma in nanosecond regime in different pressure of ambient gas have been studied by using single Langmuir probe. Using the current-voltage characteristics curve of probe, the value of electron temperature in different pressure (range of 10-5×10-5 mbar) is in the range of 2-29 eV and also the ion density estimated about 1013 cm-3 in millimeter scale and 1011 cm-3 in centimeters scale from target to probe. . It is important that regardless of I-V characteristic of Langmuir probe, having time of maxim current signal of probe at certain distance from target surface, it would be possible to obtain the particles speed by time of flight method. The results show that the electrons and ions speeds are about 108 cm/s and 106cm/s respectively. Also the results of this experiment are Comparable with other techniques such as Shadowgraphy in the similar experimental conditions.

کلیدواژه‌ها English

laser induced plasma

Langmuir probe

time of flight

. I H Hutchinson, “Principle of Plasma Diagnostics”, Cambridge University Press Publisher (1987).
2. T R Dittrich, et al. Physics of Plasmas 6 (1999) 2164.
3. A H Dogar, I S Ullah, A Nadeem, and A Qayyum, Plasmas 39 (2011) 3.
4. A J H Donne, Transactions of Fusion Science and Technology 49 (2006) 349.
5. D W Koopman, Phys. Fluids 14 (1971) 1707.
6. R J Von Gutfeld and R W Dreyfus, Appl. Phys. Lett. 54 13 (1989) 1212.
7. R Kumar, A Kumar, and R K Singh, “Jinto Thomas Experimental Investigation of Oscillatory Structures in Laser-blow-off Plasma Plume”, Elsevier (2011).
8. J G Lunney, B Doggett, and Y Kaufman, J. Phys. Conf. Ser. 59 (2007) 470.
9. S Kumari, A Kushwaha, and A Khare, “Spatial Distribution of Electron Temperature and Electron Density in Laser Induced Ruby Plasma Using Langmuir Probe”, 15th International Symposium on Laser-Aided Plasma Diagnostics, Jeju, Korea, (2010).
10. B Dogget and J G Lunny, Journal of Applied Physics 105 (2009) 033306.
11. R J Goldstone and P H Rutherford, “Introduction to Plasmas physics”, Institute of Physics Publishing, Bristol, UK (1995).
12. J M Herndon, T Morrow, and W G Graham, J. Appl. Phys. 81, 5 (1997) 2131.
13. N Morshedian, A H Farahbod, M Afshari, M Tarkashvand, and E Agayari, “Shadowgraphy of Plasma Produced by Nanosecond Laser-Matter Interaction”, 9th Kudowa Summer School Kudowa Zdroj, Poland (2010).