Физическая энциклопедия - диагностика плазмы

Активные методы тем не менее используются наряду с пассивными, расширяя диапазон определяемых параметров. Наиболее распространены след. активные методы Д. п.: зондирование плазмы электрич. и магн. зондами, СВЧ излучением, пучками заряж. и нейтр. ч-ц (корпускулярная Д. п.). Корпускулярная Д. п. может быть и пассивным методом, если исследуются св-ва ч-ц, выходящих из объёма изучаемой плазмы.

Эти зонды находят широкое применение при исследованиях холодной незамагниченной лаб. плазмы и космической плазмы. Применение зондов при исследованиях горячей плазмы ограничено вследствие загрязнений, вносимых материалом зонда, а также вследствие трудностей анализа измерений при наличии сильных магн. полей. Для измерений магн.

полей используются магнитные зонды соленоиды разл. размеров, вводимые в плазму. Такой зонд регистрирует дH/дt, а для получения напряжённости магн. поля Н сигнал с зонда интегрируется. В косм. плазме магн. поля измеряются феррозондами и квантовыми магнетометрами, а также по вращению плоскости поляризации (Фарадея эффект). Активная корпускулярная Д.

п. (зондирование нейтр. атомами и быстрыми заряж. ч-цами) позволяет получать данные о её плотности, темп-ре и полях. При прохождении пучка эл-нов через плазму с сильно изменяющимися полями он отклоняется за счёт поперечной составляющей электрич. поля. Регистрируя величины отклонения от первонач. направления, можно оценить усреднённое вдоль пучка значение электрич.

По наблюдаемому ослаблению пучка можно получить информацию об усреднённых вдоль его траектории n и Т'е. Зондирование плазмы СВЧ излучением явл. одним из удобных методов определения nе (особенно для косм. плазмы). Он основан на зависимости диэлектрической проницаемости e плазмы от её плотности: e=1-w2p/w2, где wр плазменная частота.

плазмы. Однако этот т. н. метод «отсечки» сигнала требует изменения частоты генератора в широких пределах и не позволяет вести наблюдение за плазмой с быстроменяющимися параметрами. Поэтому более широкое применение в исследованиях лаб. плазмы, особенно нестационарной, находят интерферометрические методы, основанные на зависимости разности фаз между опорным излучением и излучением, прошедшим через плазму, от плотности плазмы.

картину распределения плотности плазмы. При n?1015 см-3 удобно использовать голографич. интерферометрию (см. ГОЛОГРАФИЯ). Измерение циклотронного излучения плазмы, позволяющее определить её плотность, находит особенно широкое применение в исследованиях косм. плазмы (регистрация излучений Солнца и др. звёзд). Спектроскопическая Д.

п. явл. другим важнейшим методом исследования косм. и лаб. плазмы. Каждый из спектроскопич. методов пригоден лишь в очень ограниченной области параметров плазмы. Анализ непрерывного спектра излучения плазмы позволяет определить Те и nе. Ширина и форма наблюдаемых спектр. линий могут дать информацию о темп-ре газа (по Доплера эффекту), о плотности заряж.

Анализ контуров линий излучения высокоионизов. атомов позволяет получить ионную темп-ру Ti горячей плазмы. Отношение интенсивностей спектр. линий даёт возможность в ряде случаев определить Те. При данной Те в плазме существуют в осн. ионы с определ. зарядом, поэтому уже только идентификация наиб. ярких спектр. линий позволяет грубо определить электронную темп-ру.

При Те? кэВ осн. информацию о ней несут линии рентг. спектра. Измерение рентг. тормозного излучения плазмы позволяет определить n и Те. Сплошной рентг. спектр излучения успешно регистрируется в лаборатории только для плазмы высокой плотности (n?1017 см-3); при низкой плотности плазмы рентг. излучение возникает в осн. из-за попадания ч-ц на стенки камеры.

Спектроскопич. измерения в радиодиапазоне позволяют определять уровень электромагнитных шумов в плазме. Лазерная Д. п. Анализ рассеянного на свободно движущихся эл-нах эл.-магн. излучения стал возможным только благодаря появлению и развитию лазеров большой мощности. При небольшой плотности плазмы интенсивность рассеянного излучения пропорц.

плотности. Контур линии рассеянного света определяется эффектом Доплера, причём, т. к. рассеяние происходит на эл-нах, а не на ионах, ширины спектр. линий составляют сотни А. В плотной плазме возникает рассеяние на флуктуациях плотности зарядов, и линия рассеянного излучения имеет в центре довольно острый пик, близкий по форме ионному доплеровскому.

Пассивная корпускулярная Д. п. применяет электрич. и магн. анализаторы (см. МАСС-СПЕКТРОСКОПИЯ) и калориметрич. методы измерения для ч-ц, выходящих из объёма изучаемой плазмы. Трудности выведения ч-ц из плазмы, находящейся в сильном магн. поле, делают предпочтительным анализ быстрых нейтр. атомов, возникших в плазме за счёт перезарядки.

Такие атомы ионизуются затем в потоке эл-нов или при «обдирке» на газовых мишенях (либо на тонких фольгах) и далее анализируются по энергиям. При высоких темп-pax, когда в плазме возникают термоядерные реакции D+D и D+T, измерения потоков и распределения по энергиям продуктов яд. реакций, в частности нейтронов, позволяют определять TI и нек-рые др.

параметры плазмы. Фотографирование плазмы в разл. спектр. диапазонах позволяет грубо оценить пространств. распределение n и Te. Особенно полезны фотографии плазмы с помощью камеры-обскуры в мягком рентг. излучении. Сверхскоростная фотография позволяет понять динамику развития неустойчивостей и получить информацию о хар-ре вз-ствия плазмы с магн.