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等离子体辉光放电特性测量一、实验目的1、了解等离子体特性2、通过对辉光发电中的等离子体的研究，利用朗缪尔单探针法和双探针法对等离子体电子温度、电子密度的测量。
二、实验原理1、辉光放电现象当放电管内的气压降低到几十个毫米汞柱以下，两极加以适当的电压时，管内气体开始辉光放电，辉光由细到宽，布满整个管子。
当压力再降低时，辉光便分为明暗相间的八个区域，而大多数的区域集中在阴集附近。
八个极分别是：I阿斯顿暗区，II阴极光层，III阴极暗区，IV负辉区，V 法拉第暗区，VI正辉区，VII阳极暗区和VIII阳极辉光。
这些区域的形成机构大致可以叙述如下：I阿斯顿暗区(Aston dark space):这是紧靠阴极的一个极薄的区域。
电子刚从阴极发出，能量很小，不能使气体分子电离和激发，因而就不能发光，所以是暗区。
长度约有1毫米。
II阴极光层(Cathode layer):在阿斯顿暗区之后，很微薄的发光层。
因为电子经过区域I被加速，具有了较大的能量，当这些电子遇到气体分子时，发生碰撞，电子的一部分能量使气体分子的价电子激发，当它们跳回到基态时，便辐射发光。
III阴极暗区(Cathode dark space):紧靠阴极光层，两者不易区分。
由于电子经过区域II时，绝大部分没有和气体分子碰撞，因此它所具有的能量是比较大的，但电子激发气体分子的能量又必须是在一定的范围内，能量超过这一范围则激发的儿率是很小的。
因此形成了一个暗区。
在这一区域中，电子和气体分子碰撞时，打掉它的价电子，产生很强的电离，使得这里具有很高的正离子浓度，形成了极强的正空间电荷，于是破坏了放电管内的电场分布，而引起了严重的畸变，结果绝大部分的管压都集中在这一区域和阴极之间。
在这样强的电场作用下，于是正离子以很大的速度打向阴极，因而从阴极又脱出电子，而这些电子又从阴极向阳极方向运动，再产生如上所述的激发和电离的过程。
实验已经确定，阴极暗区的长度d 与气体压强p 的乘积是一个常数,即：pd =常数。
实验七气体放电等离子体特性实验当温度在0ºC会变成水，而温度上升到100ºC时，水会沸腾变成水蒸气，这就是我们熟知的物质三态（固态、液态和气态）。
而当温度升到几千度时，气态物质由于分子热运动剧烈，物质分子相互间的碰撞会使气体分子发生电离，在电离过程中正离子和电子总是成对出现，这样气态物质就变成由相互作用的正离子和电子组成的物质的第四态－等离子体。
由于在等离子体中正离子和电子总数大致相等，因此等离子体在宏观上保持电中性。
所以等离子体实质上是密度大致相等的带正电荷的离子和带负电荷的电子组成的电离气体。
因为等离子体有着许多独特的性能，如温度高、粒子动能大，化学性质活泼等，因此广泛应用于能源、物质与材料和环境等领域中。
【实验目的】本实验的目的是观察气体放电现象，用探极法测量等离子体物理参量。
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【实验原理】1.等离子区的产生气体原来是不导电的绝缘介质，当我们把它密封在一个长的圆柱形玻璃放电管中，在放电管的阴极和阳极间加上直流高压（管的气体压强几十帕），在所加高压达到某一个电压值时，放电管被明亮发光的等离子体充满，即放电管发生辉光放电，整个放电空间为明暗相间的八个光层所分割，如图1，其中⑥即为等离子区。
图1①阿斯屯暗区由于电子刚从阴极发出，能量很小，不能使气体分子产生电离和激发，因此不能发光，所以是暗区，这是一个极薄的区域。
②阴极辉区电子通过阿斯屯暗区的加速，具有较大的动能，当这些电子遇到气体分子发生碰撞时，使气体分子激发发光。
③阴极暗区电子经前二区域，绝大部分电子没有和气体分子碰撞，因此在这区域内的电子具有很大的能量，产生很强的电离。
而电子较轻，受电场力作用后跑掉，留下大量正离子，使得这里具有很高的正离子浓度，形成极强的正电荷空间，造成电场的严重畸变，结果绝大部分管压都集中在这一区域和阴极之间。
在这样强的电场作用下，正离子以很大的动能打向阴极产生显著的二次电子过程，而电子又以很大的加速度离开阳极，向前运动产生雪崩过程。
气体放电等离子体实验报告气体放电等离子体实验报告引言：气体放电等离子体实验是一项重要的物理实验，通过对气体放电现象的研究，可以深入了解等离子体的性质和行为。
本实验旨在通过观察和分析气体放电等离子体的特性，揭示等离子体的基本原理和应用。
实验目的：1. 研究气体放电的基本特性，如放电现象、放电形态等；2. 探索气体放电等离子体的性质，如等离子体的密度、温度等；3. 分析气体放电等离子体的应用领域，如等离子体在光谱分析、材料处理等方面的应用。
实验材料和装置：1. 气体放电实验装置：包括气体放电管、高压电源、电流表、电压表等；2. 气体：常见的气体有氢气、氦气、氮气等；3. 实验记录仪器：如摄像机、数据采集器等。
实验步骤：1. 准备实验装置，并确保安全；2. 连接高压电源和气体放电管，调节电压和电流；3. 打开电源，观察气体放电管内的放电现象；4. 记录放电的形态、颜色、亮度等特征；5. 测量放电管两端的电压和电流，并记录数据；6. 调节电压和电流，观察放电现象的变化；7. 使用摄像机或数据采集器记录实验过程；8. 分析实验数据，得出结论。
实验结果与分析：经过实验观察和数据分析，我们发现不同气体在不同电压和电流条件下，产生了不同的放电形态和颜色。
例如，在低压条件下，氢气放电呈现出红色的辐射，而在高压条件下，氢气放电呈现出紫色的辐射。
这是因为不同气体的原子结构和能级分布不同，导致其放电现象也不同。
通过实验数据的分析，我们还可以计算出等离子体的密度和温度。
根据普朗克公式和玻尔兹曼关系，我们可以利用放电管两端的电压和电流数据，推导出等离子体的密度和温度。
这对于等离子体物理学的研究具有重要意义。
实验应用：气体放电等离子体在许多领域都有广泛的应用。
例如，在光谱分析中，气体放电等离子体可以用于分析物质的成分和结构。
通过观察等离子体在不同波长下的辐射光谱，可以确定样品中的元素和化合物。
此外，气体放电等离子体还可以应用于材料处理。
等离子体参数测量的实验步骤等离子体是一种高度激发的、亦或是部分离子化的气体，广泛应用于物理、化学和工程等领域。
测量等离子体参数具有重要的科学和工程意义，能够帮助我们深入了解等离子体的性质、行为以及应用。
本文将介绍等离子体参数测量的实验步骤。
一、实验装置和材料准备1. 真空室和等离子体产生器：建立一个真空环境非常重要，常见的真空室包括不锈钢腔体，并配备真空泵和示波器等设备。
等离子体产生器可以选择电极烧蚀、微波放电等方式。
2. 测量设备：包括高频探测器、质谱仪、光谱仪、电磁波传感器等，用于测量等离子体的参数。
3. 探头和电极：用于接触等离子体并获取相关参数的探头和电极需要根据实验需求进行设计和制备。
二、等离子体参数的测量方法1. 电流测量：使用电流传感器或霍尔效应传感器等设备，测量等离子体中的电流强度。
通过此方法可以了解等离子体的电导率、电子密度以及电子电离情况。
2. 电压测量：使用电压传感器，测量等离子体中电势的变化情况。
这可以帮助我们了解等离子体的电势分布、电场强度以及等离子体的稳定性。
3. 电磁波测量：使用电磁波传感器，测量等离子体中电磁波的频率、波长和功率等参数。
这对于了解等离子体的电磁辐射特性非常重要。
4. 粒子测量：使用质谱仪等设备，测量等离子体中离子的质量、荷电量、能量和浓度等参数。
这可以帮助我们了解等离子体中离子的类型和能量分布情况。
5. 光谱测量：使用光谱仪等设备，测量等离子体中的光谱线，通过分析光谱线宽和强度可以得到等离子体的温度、密度、离子化程度等参数。
三、实验步骤1. 启动真空系统，确保真空室内部的气压达到所需的范围。
2. 启动等离子体产生器，使其产生稳定的等离子体。
3. 根据需要，接入相应的测量设备和传感器，并确保其正常运行。
4. 在测量前，先校准设备并进行背景噪声的消除。
5. 逐个进行各项等离子体参数的测量，在每个测量之间应注意让等离子体恢复平衡。
6. 记录和整理测量数据，利用统计学方法对数据进行分析和处理。
南京大学物理系实验报告题目实验2.3 气体放电中等离子体的研究姓名董佳婧学号 141120021一、引言等离子体作为物质的第四态在宇宙中普遍存在。
在实验室中对等离子体的研究是从气体放电开始的。
朗缪尔和汤克斯首先引入“等离子体”这个名称。
近年来等离子体物理学有了较快发展，并被应用于电力工业、电子工业、金属加工和广播通讯等部门，特别是等离子体的研究，为利用受控热核反应，解决能源问题提供了诱人的前景。
二、实验目的1、了解气体放电中等离子体的特性。
2、利用等离子体诊断技术测定等离子体的一些基本参量。
三、实验原理1、等离子体及其物理特性等离子体有一系列不同于普通气体的特性：（1）高度电离，是电和热的良导体，具有比普通气体大几百倍的比热容。
（2）带正电的和带负电的粒子密度几乎相等。
（3）宏观上是电中性的。
2、等离子体的主要参量描述等离子体的一些主要参量为：（1）电子温度Te。
它是等离子体的一个主要参量，因为在等离子体中电子碰撞电离是主要的，而电子碰撞电离与电子的能量有直接关系，即与电子温度相关联。
（2）带电粒子密度。
电子密度为ne ，正离子密度为ni，在等离子体中ne≈ni。
（3）轴向电场强度EL。
表征为维持等离子体的存在所需的能量。
（4）电子平均动能Ee 。
（5）空间电位分布。
3、稀薄气体产生的辉光放电本实验研究的是辉光放电等离子体。
辉光放电是气体导电的一种形态。
当放电管内的压强保持在10-102Pa时，在两电极上加高电压，就能观察到管内有放电现象。
辉光分为明暗相间的8个区域。
8个区域的名称为（1）阿斯顿区，（2）阴极辉区，（3）阴极暗区，（4）负辉区，（5）法拉第暗区，（6）正辉区（即正辉柱），（7）阳极暗区，（8）阴极辉区。
如图1所示，其中正辉区是我们感兴趣的等离子区。
其特征是：气体高度电离；电场强度很小，且沿轴向有恒定值。
这使得其中带电粒子的无规则热运动胜过它们的定向运动。
所以它们基本上遵从麦克斯韦速度分布律。
气体放电等离子体实验报告气体放电等离子体实验报告引言：气体放电等离子体实验是一项重要的实验，通过在气体中施加电场，使气体分子电离并形成等离子体。
这一实验具有广泛的应用领域，如等离子体物理、光谱学、材料科学等。
本报告将详细介绍气体放电等离子体实验的过程、实验装置和实验结果。
实验过程：1. 实验准备首先，我们准备了实验所需的材料和设备，包括气体放电管、电源、电压表、电流表等。
然后，我们对实验装置进行了检查和调试，确保其正常工作。
2. 实验操作将气体放电管连接到电源上，并设置合适的电压和电流。
然后，通过调节电压和电流的大小，控制气体放电管中的等离子体形成和维持。
3. 数据记录在实验过程中，我们记录了气体放电管中的电压和电流变化情况，并观察了等离子体的形态和颜色变化。
同时，我们还测量了等离子体的温度、密度等参数。
实验装置：实验装置主要包括气体放电管、电源、电压表、电流表和数据记录设备。
1. 气体放电管气体放电管是实验中最关键的部分，它由玻璃管和两个电极组成。
玻璃管内充满了待研究的气体，如氢气、氮气等。
电极通过电源提供电场，使气体分子电离并形成等离子体。
2. 电源电源是为气体放电管提供电场的设备，它可以提供不同电压和电流的输出。
通过调节电源的输出参数，可以控制等离子体的形成和维持。
3. 电压表和电流表电压表和电流表用于测量气体放电管中的电压和电流。
通过监测电压和电流的变化，可以了解等离子体的形成和消失过程。
4. 数据记录设备数据记录设备用于记录实验过程中的各种参数，如电压、电流、等离子体的形态和颜色等。
通过对这些数据的分析，可以得出实验结果并进行进一步的研究。
实验结果：在实验过程中，我们观察到了气体放电管中的等离子体形态和颜色的变化。
随着电压和电流的增加，等离子体的亮度和密度逐渐增加。
同时，等离子体的颜色也发生了变化，从无色逐渐变为蓝色、紫色等。
我们还测量了等离子体的温度和密度，发现随着电压和电流的增加，等离子体的温度和密度也随之增加。
![等离子体的参数测量[001]](https://uimg.taocdn.com/7f533d29eff9aef8941e0696.webp)
等离子体的参数测量（补充材料）等离子体技术在工业、农业、国防、医药卫生等领域获得了越来越广泛的应用，其主要原因在于等离子体具有两个突出的优点：同其它的方法（如化学方法）相比，等离子体具有更高的温度和能量密度；等离子体能够产生更多的活性成分，从而引发用其它方法不能或难以实现的物理变化和化学反应。
活性成分包括紫外和可见光子、电子、离子、自由基，以及高反应性的中性成分，如活性原子，受激原子，活性分子碎片。
比如，工业等离子体工程已经发展成了一种更有效率的工业加工方法，不但能在减少副产品、废料，以及污染和有毒废物的情况下达到相关的工业结果，甚至能完成其它方法不能实现的目标。
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等离子体技术是一个关系国家能源、环境、国防安全的重要技术，但国内关于等离子体技术的研究和教学还远远落后于等离子体技术在工程中的应用，比如，现在实用的很多科研和生产上的等离子体设备有很多是进口的，有关等离子体的教学课程开展得较少，而教学实验则更少。
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本实验以直流辉光等离子体为例，希望学生通过实验，能了解等离子体物理的基本知识和一些重要的应用领域，并掌握等离子体检测的常用方法，为今后的学习研究打下基础。
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等离子体物理基础随着温度的升高，物质一般会经历从固态、液态到气态的相变过程。
如果温度继续升高到10K4甚至更高，将会有越来越多的物质分子/原子被电离；这时，物质就变成了一团由电子、离子和中性粒子组成的混合物，称为等离子体；也正因此，等离子体常被称作物质的第四态。
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等离子体（Plasma ）一词来源于古希腊语，意为可塑物质或浆状物质，作为专业词汇，最早出现在生物学名词原生质{proto plasma ）中。
1929年，朗缪尔（Langmuir ）和汤克斯（Tonks ）在研究气体放电时首次将“plasma”一词用于物理学领域，用来表征所观察到的放电物质。
实验三直流低气压放电现象观察及伏安曲线的测量背景知识：直流放电等离子体比起高频放电、微波来说，具有结构简单、成本低的特点，因此在工业上也有着广泛的应用。
一实验目的1. 观察直流低气压辉光放电等离子体的唯象结构，通过对辉光等离子体的伏安曲线的测量，理解辉光等离子体的电学特性。
2 采用langmuir双探针测量等离子体参数二实验仪器直流辉光放电等离子体装置三实验原理低气压放电可分为三个阶段：暗放电、辉光放电和电弧放电。
其中各个阶段的放电在不同的应用领域有广泛的应用。
这三个阶段的划分从现象上来看是放电强度的不同，从内在因素来看是其放电电压和放电电流之间存在作显著差异。
经典的直流低气压放电在正常辉光放电区有如下示意图：从左至右，其唯象结果如下：等离子体参数a:等离子体密度：单位体积内（一般以立方厘米为单位）某种带电粒子的数目。
n i 表示离子浓度，n e 表示电子密度。
b:等离子体温度：对于平衡态等离子体（高温等离子体）温度是各种粒子热运动的平均量度；对于非平衡态等离子体（低温等离子体），由于电子、离子可以达到各自的平衡态，故要用双温模型予以描述。
一般用T i表示离子温度，T e表示电子温度。
c:等离子体频率：表示等离子体对电中性破坏的反应快慢，是等离子体震荡这种集体效应的频率。
粒子震荡频率，电子震荡频率d:德拜长度：等离子体内电荷被屏蔽的半径，表示等离子体内能保持的最小尺度。
当电荷正负电荷置于等离子体内部时就会在其周围形成一个异号电荷的“鞘层”。
德拜长度等离子体参数的静电探针诊断原理单探针双探针大致I-V函数关系曲线见下图：由此可知：电子温度)0,0(2===V I ie dV dI keI T等离子体密度ie m kT eSI n 61.0+=四 实验内容和步骤1了解直流辉光放电等离子体装置的工作原理，观察直流辉光放电现象，画出示意图，并进行分析。
2 根据放电电压和放电电流的特点，提出电压和电流测量的实验方案，画出电路图。
等离子体辉光放电【实验目的】1.观察低压气体辉光放电现象。
2.用探针法测量等离子体中电子等效温度、电子浓度、正负离子的平均速度、平均动能。
3.验证等离子体区电子浓度服从麦克斯韦速度分布律。
【教学重点】1.观察气体辉光放电的现象；2.等离子体辉光放电的原理；3.探针法测量等离子体物理参数的方法；【教学难点】离子体物理参数的计算步骤【时间安排】3学时【教学内容】一、检查学生预习情况检查预习报告。
二、学生熟悉实验仪器设备机械泵、真空放电管、高压电压等。
三、讲述实验目的和要求1. 检查真空系统是否存在漏点；放电管内真空用机械泵抽至50Pa左右，并保持稳定；缓慢旋转高压电源旋钮，增加高压到1000V左右，应看到放电管被点亮；辨认各个放电区域.2. 调节高压和气压，使放电管内等离子区稳定，并且颜色均匀（无层状）；缓慢降低探极电压，并且记录探极电压和探极电流；做lgeI V−特性曲线，进行数据处理，得到电子等效温度、电子平均速度、电子平均动能、电子浓度和正离子的浓度.四、实验原理一、辉光放电现象当放电管内的气压降低到几十帕时，两极加以适当的电压，管内气体开始放电，辉光由细到宽，布满整个管子。
当压力再降低时，辉光便分为明暗相间的八个区域.二、用试探电极法研究等离子区所谓试探电极就是在放电管里引入一个不太大的金属导体，导体的形状有圆柱形、平面形、球形等。
我们实验用的是圆柱形。
试探电极是研究等离子区的有力工具，利用探极的伏特——安培曲线，可以决定等离子区的各种参量。
测量线路如图2所示。
在测量时尽量保持管子的温度和管内气体的压强不变。
实验测得的探极电压和电流曲线如上图3。
对这一曲线作如下的解释：AB 段表示加在探极上的电压比探极所在那一点的空间电位负得多，在探极周围形成了正的空间电荷套层，套层的厚度一般小于等离子区中电子的自由路程。
这时探极因受正离子的包围，它的电力线都作用在正离子上，不能跑出层外，因此它的电场仅限于层内。
物理实验技术中的等离子体参数测量方法概述等离子体是一种高度电离气体状态，广泛存在于自然界和工业应用中。
在物理研究和工程实践中，准确测量等离子体参数对于理解等离子体行为以及优化等离子体应用至关重要。
本文将概述物理实验技术中常用的等离子体参数测量方法。
1. 等离子体密度测量等离子体密度是描述等离子体的基本参数之一，衡量等离子体中带电粒子的数量。
测量等离子体密度的一种方法是利用光谱技术。
光谱法通过测量发射光的强度和波长来确定等离子体密度。
此外，也可以使用电测量技术，如电子探针或Langmuir探针测量等离子体密度。
2. 等离子体温度测量等离子体温度是描述等离子体的热力学性质的重要参数。
其中一种测量等离子体温度的方法是利用等离子体的辐射特性。
等离子体发射的辐射光谱与温度有关，通过测量辐射光的强度和波长可以得到等离子体的温度信息。
此外，还可以使用电测量技术，如电子能谱测量等离子体温度。
3. 等离子体电荷测量等离子体的电荷性质对于等离子体行为的理解和控制具有重要意义。
测量等离子体的电荷可以使用电子探针或Langmuir探针等技术。
电子探针通过测量等离子体中电子的能谱来确定电荷信息。
Langmuir探针则测量等离子体中的电流和电压以获得电荷信息。
4. 等离子体传输参数测量等离子体的传输参数是描述等离子体动力学行为的重要参数，如等离子体密度、温度、速度和流动等。
其中一种常用的方法是利用激波法测量等离子体的速度和流动性质。
激波法测量等离子体流动的原理是通过在等离子体中产生激波并测量激波传播的速度和形状来推断等离子体的速度和流动参数。
此外，也可以利用激光干涉仪等光学技术测量等离子体的速度和流动性质。
5. 等离子体诊断技术的发展趋势随着科学技术的发展，等离子体诊断技术也在不断进步。
传统的等离子体参数测量方法已经得到了广泛的应用，但仍存在一些局限性，如测量精度、实时性和非侵入性等方面的挑战。
因此，研究人员正在不断探索新的等离子体诊断技术。
南京大学物理系实验报告题目实验2・3气体放电中等离子体的研究姓名董佳殖学号141120021—、引言等离子体作为物质的第四态在宇宙中普遍存在。
在实验室中对等离子体的研究是从气体放电开始的。
朗缪尔和汤克斯首先引入“等离子体”这个名称。
近年來等离子体物理学有了较快发展，并被应用于电力工业、电子工业、金属加工和广播通讯等部门，特别是等离子体的研究，为利用受控热核反应，解决能源问题提供了诱人的前景。
二、实验目的1、了解气体放电中等离子体的特性。
2、利用等离子体诊断技术测定等离子体的一些基本参量。
实验原理1、等离子体及其物理特性等离子体有一系列不同于普通气体的特性:（1）岛度电离，是电和热的良导体，具有比普通气体大几白倍的比热容。
（2）带正电的和带负电的粒子密度几乎相等。
（3）宏观上是电中性的。
2、等离子体的主要参量描述等离子体的一些主要参量为：（1）电子温®Teo它是等离子体的一个主要参最，因为在等离子体中电子碰撞电离是主要的，而电子碰撞电离与电子的能最有直接关系，即与电子温度相关联。
（2）带电粒子密度。
电子密度为正离子密度为n,,在等离子休中①心①。
（3）轴向电场强度表征为维持等离子体的存在所需的能量。
（4）电子平均动能Ee。
（5）空间电位分布。
3、稀薄气体产生的辉光放电本实验研究的是辉光放电等离子体。
辉光放电是气体导电的一种形态。
当放电管内的压强保持在10-102Pa时，在两电极上加高电民就能观察到管内有放电现象。
辉光分为明暗相间的8个区域。
8个区域的名称为（1）阿斯顿区，（2）阴极辉区，（3）阴极暗区，（4）负辉区，（5）法拉第暗区，（6）正辉区（即正辉柱），（7）阳极暗区，（8）阴极辉区。
如图1所示，其中正辉区是我们感兴趣的等离子区。
其特征是：气体高度电离：电场强度很小，且沿轴向有恒定値。
这使得其中带电粒子的无规则热运动胜过它们的定向运动。
所以它们基本上遵从麦克斯韦速度分布律。
由其具体分布可得到一个相应的温度，即电子温度。
等离子体参数测量的实验步骤等离子体参数测量是研究等离子体物理特性和实现等离子体控制的重要手段之一。
本文将介绍等离子体参数测量的实验步骤。
一、等离子体参数测量的背景与意义在等离子体物理研究和应用中，了解等离子体的基本参数是非常重要的。
等离子体参数包括等离子体密度，温度，电荷态和等离子体的空间尺度等。
测量等离子体参数有助于深入了解等离子体行为和性质，对等离子体在聚变、等离子体技术和空间科学等领域的应用具有重要意义。
二、实验仪器和设备的准备在进行等离子体参数测量实验前，需要准备实验所需的仪器和设备。
主要的设备包括等离子体装置，测量仪器以及数据采集与处理系统等。
确保这些设备和仪器在工作状态下，以保证实验的顺利进行。
三、等离子体密度测量1. 电子密度测量电子密度是等离子体中电子数目的度量，可以通过激光干涉仪或微波干涉仪进行测量。
在测量前，需将激光干涉仪或微波干涉仪校准至稳定状态，并确保等离子体装置中的等离子体处于稳态工作状态。
实验中，激光束或微波信号被等离子体中的电子散射，通过测量散射光或回波信号的强度变化，可以计算得到等离子体中的电子密度。
2. 离子密度测量离子密度是等离子体中离子数目的度量，可以通过电测探针或固定探头电导率测量仪进行测量。
在测量前，需将电测探针或测量仪校准至稳定状态，并依据等离子体的性质选择合适的探针尺寸和参数。
实验中，将电测探针或测量仪放入等离子体中，测量电流或电导率的变化，通过计算可以得到等离子体中的离子密度。
四、等离子体温度测量等离子体温度是等离子体热运动的度量，可以通过测量等离子体中的电子或离子的能谱进行测量。
测量等离子体温度的常用装置包括扫描电子能谱仪和弹性后撤散射诊断系统。
在进行测量前，需将测量仪器校准至稳定状态，并确保等离子体发生器件处于合适的工作状态。
实验中，测量仪器通过测量能谱的形状、峰值的位置和宽度等参数，计算得到等离子体中的温度。
五、等离子体电荷态测量等离子体电荷态是指等离子体中带电粒子的电荷状态，包括离子的电子数目和电子的电离态等。
实验3 直流辉光等离子体的静电双探针诊断低气压直流辉光放电是一种稳定的自持放电，是实验室人工产生等离子体的主要方法。
低气压直流辉光放电在空间上可以分为多个区域，其中，正柱区是放电区间中的那段明亮均匀的辉光区，正柱区的存在也正是此类放电获名的原因。
正柱区中电子和离子的数目是相等的，因此整体是中性的；同时正柱区内没有明显的电场存在，因此电子的能量分布服从玻尔兹曼分布，电子的能量可以用电子温度表示；正柱区是辉光放电产生的等离子体区。
等离子体的两个最重要的特征参数是电子温度和电子密度（同时也是离子密度），为了测量这两个参数，使用langmuir单探针的伏安曲线的过度段，可以比较准确的给出等离子体的电子温度。
但是如若想要得到电子密度，则需要准确测量等离子体空间电位。
虽然等离子体电位在探针伏安曲线上表现为拐点，但是通常情况下，由于探针几何形状的影响，确定这个拐点是非常困难的。
使用单探针诊断等离子体电子密度时存在两个技术困难，一是判断等离子体的空间电位困难，因为等离子体电位处的电子饱和电流提供了电子密度的信息。
二是探针的参考电极与等离子体的接触面积通常很大，因此会对等离子体本身产生明显影响。
为了准确测定电子温度，同时又不对等离子体产生影响，发展了双探针方法。
双探针实际上是两条单探针并用形成的，一条探针作为参考电极，一条探针作为诊断探针，也称为Languir双探针。
【实验目的】（1）学习双探针方法的工作原理，了解双探针特性曲线的基本特征和物理机理，利用双探针曲线研究正柱区的等离子体电子温度随放电条件的变化规律，分析等离子体电子温度和放电电流的关系。
（2）学习双探针诊断辉光放电正柱区的等离子体参数的实验方法和数据分析方法；掌握双探针曲线的测量方法；（3）认识单探针和双探针的特性曲线的差别，了解各自的诊断功能及优缺点。
【实验内容与要求】（1）学习双探针实验的工作原理。
（2）使用双探针诊断辉光放电正柱区的等离子体电子温度．【可供选择的仪器】1. 直流辉光放电发生装置2. 氩气的控制与调节系统3. 直流数字电压表和电流表4. langmuir双探针系统【实验原理】双探针（Double Probe）是等离子体诊断的基本手段之一。
双探针法测量直流辉光放电等离子体参数刘浏【摘要】郎缪尔探针在测量低气压辉光离子体中被广泛应用。
本文就双探针法测等离子体参数的原理、现象以及结论进行了探讨。
分析了本组的实验结果，求出了不同条件下辉光放电等离子体中的电子温度，分析了功率和气压对电子温度的影响，并就结果中的一些与不理想的部分做出了解释。
【关键词】等离子体参数辉光放电双探针法电子温度1.引言电流通过气体的现象称为气体放电。
从日常生活中的日光灯管、电闪雷鸣，到工业生产中广泛使用的溅射镀膜、离子镀膜、离子轰击等，都与气体放电有关。
具有一定能量的电子与中性原子发生非弹性碰撞时，电子把一部分动能传给原子，使该原子激发或电离，即e-+G0→G*+e-e-+G0→G++2e-激发原子G*会产生特定颜色的辉光；产生的气体离子G+成为等离子体的一部分。
等离子体（plasma）是指电离度大于1％的电离介质，是和固、液、气同一层次的物质存在形式。
在众多等离子体测量手段中，郎缪尔探针法被认为是最简便的一种方法。
郎缪尔探针法由伸入等离子体内的导体作为探针，向它施加电压，通过测定探针电流，得到电流-电压（I-V）特性曲线，从而求得等离子体的参数。
本小组用双探针发对直流辉光放电等离子体的参数进行了测量，本文将对测量的结果进行分析和探讨。
2.直流气体辉光放电放电特性与原理【1】气体低压放电课分为三个阶段：暗放电、辉光放电和电弧放电。
其中各个阶段的放电在不同的应用领域有广泛的应用。
这三个阶段的划分从现象上来看是放电强度的不同，从内在因素来看是其放电电压和放电电流之间存在着显著差异。
经典的直流低气压放电在正常的辉光放电区示意图如右图：从左至右，其唯象结果如下：阴极区包括阴极，Aston暗区，阴极辉区和克洛克斯暗区。
负辉区整个放电管中最亮的区域。
其中电场相当低。
几乎全部电流由电子运载，电子在阴极区被加速产生电离，在负辉光区产生强爆发。
法拉第暗区在这个区域里，由于在负辉光区里的电离和激发作用，电子能量很低。
实验三低压气体辉光放电等离子体的参量测量一、实验目的和要求1.观察直流低气压辉光放电等离子体的唯象结构，通过对辉光等离子体的伏安曲线的测量，理解辉光等离子体的电学特性;2.采用Langmuir双探针测量直流辉光放电等离子体的参数，用双探针法测量气体放电等离子体的电子密度和电子温度。
二、实验基础知识1. 等离子体宏观物质存在的形态不限于一般所熟知的固、液、气三态，等离子体被称为第四态。
我们知道，物质的温度越高，它的分子或原子就活跃。
在固体里，一般温度下，原子和分子按照严格的规律整齐排列。
温度升高到熔点以上变为液体时，它们就可以运动，但还要受到一定的限制。
温度再升高，蒸发为气体后，分子或原子都能自由运动，不受限制。
但原子内部的电子还被束缚在一定轨道上运动，不能脱离原子核。
如果温度再升高，电子就可以脱离原子，完全自由地运动。
失去电子的原子也成为带电的正离子。
由正离子和电子按一定比例组成总电荷为零的物质形态，就称为等离子态。
这种物质就称为等离子体，或者等离子区。
因此等离子体定义为包含大量正负带电粒子，而又不出现净空间电荷的电离气体。
即其中正、负电荷密度相等，整体上呈现电中性。
等离子体早就被人们所见到：宏伟的极光、闪电或电网上的火花、五颜六色的霓虹灯、明亮的高压汞灯、钠灯和日光灯都是等离子体在发光；地球周围的电离层、整个太阳以及其它恒星也是由等离子体组成。
等离子体可分为等温等离子体和不等温离子体。
一般气体放电产生的等离子体属不等温离子体。
等离子体有一系列的不同于普通气体的独特性质：有很高的温度，气体分子高度电离，是电和热的良导体；带正电荷和带负电荷的粒子密度几乎相等，宏观上是电中性的；等离子体可以为外加电场或磁场所支配；等离子体具有很大且复杂的电导率；产生等离子体震荡。
虽然等离子体在宏观上是电中性的，但是由于电子的热运动，等离子体局部会偏离电中性。
电荷之间的库仑相互作用，使这种偏离电中性的范围不能无限扩大，最终使电中性得以恢复。
偏离电中性的区域最大尺度称为德拜长度。
当系统尺度大于德拜长度时，系统呈现电中性，当系尺度小于德拜长度时，系统可能出现非电中性。
近年来等离子体物理已成为受控热核反应、天体物理、空间科学、固体物理等领域的理论基础。
在工程技术上也得到了广泛的应用，如等离子喷涂、熔焊和切割、等离子体炼钢、炼鈦、等离子体发电、等离子炮以及宇宙飞行中的离子推进器等。
六十年代又形成一门新的等离子化学。
物质呈等离子态时，由于存在着离子、激发态原子、分子或游离基团以及高能电子、紫外线等不同的辐射线，它们之间相互作用可以引起一系列固、液、气三态中所不能进行的化学反应，产生过去无法得到的产物。
无论对化学反应机理的研究和对实际应用都开创了一个嶄新的途径。
2. 低压气体放电的规律低气压放电可分为三个阶段：暗放电、辉光放电和电弧放电。
其中各个阶段的放电在不同的应用领域有广泛的应用。
这三个阶段的划分从现象上来看是放电强度的不同，从内在因素来看是其放电电压和放电电流之间存在作显著差异。
经典的直流低气压放电在正常辉光放电区有如下示意图：从左至右，其唯象结果如：图3-1 低气压放电现象阴极：阴极由导电材料制成，二次电子发射系数 对放电管的工作有很大影响。
(1)阿斯顿(Aston)暗区：紧靠在阴极右边的阿斯顿暗区，是—个有强电场和负空间电荷的薄的区域．它含有慢电子，这些慢电于正处于从阴极出来向前的加速过程中．在这个区域里电子密度和能量太低不能激发气体，所以出现了暗区。
(2)阴极辉光区：紧靠在阿斯顿暗区右边的是阴极辉光区．这种辉光在空气放电时通常是微红色或桔黄色，是由于离开阴极表面溅射原子的激发，或外部进人的正离子向阴极移动形成的．这种阴极辉光有—个相当高的离了密度．阴极辉光的轴向长度取决于气体类型和气体压力．明极辉光有时紧贴在阴极上，并掩盖阿斯顿暗区．(3)阴极暗区：这是在阴极辉光的右边比较暗的区域，这个区域内有一个中等强度电场，有正的空间电荷和相当高的离子密度．阴极区：阴极和阴极暗区至负辉光之间的边界之间的区域叫做阴极区．大部分功率消耗在辉光放电的极区．在这个区域内．被加速电子的能量高到足以产生电离，使负辉光区和负辉光右面的区域产生雪崩．(4)负辉光区：紧靠在阴极暗区右边的是负辉光区，在整个放电中它的光强度最亮．负辉光中电场相当低，它通常比阴极辉光长，并在阴极侧最强．在负辉光区内。
几乎全部电流由电子运载，电子在阴极区被加速产生电离，在负辉光区产生强激发。
(5)法拉第暗区：这个区紧靠在负辉光区的右边，在这个区域里，由于在负辉光区里的电离和激发作用，电子能量很低，在法拉第暗区中电子数密度由于复合和径向扩散而降低．净空间电荷很低，轴向电场也相当小．(6)正辉柱: 正辉柱是准中性的，在正辉柱中电场很小，一般是1v／cm．这种电场的大小刚好足以在它的阴极端保持所需的电离度。
空气中正辉柱等离子体是粉红色至蓝色．在不变的压力下，随着放电管长度的增加阴极，正辉柱变长．正辉柱是—个长的均匀的辉光。
除非触发了自发不动的或运动的辉纹，或产生了扰动引发的电离波．(7)阳极辉光区: 阳极辉光区是在正辉柱的阳极端的亮区，比正辉柱稍强一些，在各种低气压辉光放电中并不总有．它是阳极鞘层的边界．(8)阳极暗区: 阳极暗区在阳极辉光和阳极本身之间，它是阳极鞘层，它有一个负的空间电荷，是在电子从正辉柱向阳极运动中引起的，其电场高于正辉柱的电场．图3-2 低压放电实验原理辉光放电是气体导电的一种形态。
当放电管内的压强保持在10－102 Pa 时，在两电极上加高电压，就能观察到管内有放电现象。
辉光分为明暗相间的8个区域，在管内两个电极间的光强、电位和场强分部如图3-1所示。
正輝光区是我们感兴趣的等离子区。
在这个区中，气体高度电离，电场强度很小，且沿轴方向有恒定值。
这使得其中带电粒子的无规则热运动胜过它们的定向运动。
所以它们基本上遵从麦克斯韦速度分布率，由其具体分布可得到一个相应的温度，即电子的温度。
但是，由于电子的质量小，它在跟离子或原子作弹性碰撞时能量损失很小。
所以电子的平均动能比其它粒子的大得多。
这是一种非平衡状态。
因此虽然电子的温度很高(约为105K), 但放电气体的整体温度并不明显升高, 放电管的玻璃壁并不软化。
图3-3 稀薄气体的辉光放电区3. 等离子体的主要参量描述等离子体的主要参量为：（1） 电子温度Te 。
它是等离子体的一个主要参量。
因为在等离子体中，电子碰橦电离是主要的，而电子碰撞电离与电子的能量有直接的关系，即与电子的温度相关联。
等离子体物理学中，常用电子的能量来表示它的温度。
所谓1个电子伏特的温度就是1kT ＝1eV ，此时光强场强电势K 116001038.1106.1k V e 1T 12319≈⨯⨯==-- 即绝对温度11600K 。
文献中常常把kT 简写成T ，这时T 必须以能量单位（eV ）表示。
（2） 带电粒子的密度，即电子的密度n e 和正离子的密度n i 。
在等离子体中，一般地有n e ≈n i 。
（3） 轴向电场强度E L 。
它表征为维持等离子体的存在所需要的电场强度。
（4） 电子的平均动能Ee 。
（5） 空间电荷分布。
此外，还有等离子体的振荡频率、等离子体的电磁辐射等。
4．等离子体参数的静电探针诊断原理测试等离子体的方法称为诊断。
它是等离子体物理实验的重要的部分。
等离子体诊断有探针法、 霍尔效应法、微波法、光谱法等。
用探针法测定等离子体的参量是朗缪尔于1923年提出的。
它的特点是简单，而且实验结果也令人满意，所以一直沿用到现在。
它的基本方法是在等离子体中放进一个叫做探针的很小金属电极，其形状可以是平板状、圆柱状、球状。
通过测量探针的I －V 曲线，就可推导出Te 、ne 和空间电位等参量。
探针法测量又分为单探针法和双探针法。
本实验所研究的对象是低压气体等离子体，它是在真空管中直流輝光放电的阳极正柱区形成的。
放电管的外形如图3-1所示。
在稀薄的气体放电管中形成的等离子体，由于电子和离子的质量相差很悬殊，很难使两者的能量通过碰撞达到平衡，往往没有统一的温度。
在日光灯和本实验所用的放电管中，它的电子的温度可以达上万度数量级，而离子的温度仅在室温附近。
所以这是低温等离子体。
在低温等离子体中，离子可以近似的认为是不动的，所以可只用电子的密度和电子的温度来描述。
图3－4 放电管外形图(1)单探针法单探针如图3-5所示。
以放电管的阳极作为参考点，改变探针电位，测出相应的探针电流，得到探针电流与其电位之间的关系，即探针的伏安特性曲线。
图3-5 单探针法探针进入到等离子体，如果探针的电位低于它所在的空间电位Vp ，电子受负电位的拒斥作用，而速度很慢的正离子被吸向探针，在探针周围形成正离子构成的空间电荷层，即形成一层所谓“正离子鞘等离子区”一层外壳。
外壳的厚度远小于电子或离子的自由路程及探针的线度，它把探针电场屏蔽起来。
外壳以外的等离子都因外壳的屏蔽作用而不受探针的影响。
探针的线度要远小于电子的自由程，不影响等离子区的电场分布，表面积也要小到它的电流不会影响放电电流的程度。
等离子区中正离子只能靠热运动穿过鞘层抵达探针，形成探针电流。
如曲线AB 段所示，它是正离子电流，这个电流很小。
这时饱和离子电流为:eA v n 41I i i is -= (3-1)这里n i 是离子密度，i v 是离子的平均速度，e 是电子的电荷,A 是探针的面积。
过了B 点，随着探针电位逐渐升高，负电位减小，电场对电子的拒斥作用减弱，使一些快速电子能够克服电场拒斥作用，抵达探针极，探针开始收集到动能较大的电子，这些电子形成的电流抵消了部分正离子流，使探针电流逐渐下降。
这时探针的总电流由饱和的离子流I i s 和电子流I e 两部分组成： I=I e -I i s (3-2)如BC 段所示。
但这时探针的电位仍低于等离子体的电位Vp 。
到了C 点，电子流刚好等于离子流，互相抵消，使探针电流为零。
此时，探针电位就是悬浮电位V f 。
继续减小探针电位的绝对值，到达探极电子数比正离子数多得多时，探针电极转为正向，并且迅速增大，所以CD 段为电子流加离子流，以电子流为主。
当探针电位上升到Vs 时，探针电位Vp 和等离子体的空间电位Vs 相等，正离子鞘消失，全部电子都能到达探极。
此时，飞向探针的所有电子也都被探针所收集，这对应于曲线上的D 点。
此后，电流达到饱和。
如果Vp 进一步升高，探极周围的气体也被电离，使探极电流迅速增大，甚至烧毁探针。
对于曲线的CD 段，由于电子受到一个减速电压(Vp-Vs)的作用，只有能量比e(Vp-Vs)大的那部分电子才能到达探针。
假定在等离子区内电子的速度是按麦克斯韦分布的，则减速电场中靠近探针表面处的电子密度n e ,按玻耳兹曼分布为]kTe)Vs Vp (e exp[n n 0e -= (3-3) 其中，Te 是等离子体区中的电子温度，k 为玻耳兹曼常数，n 0为等离子区中的电子密度。
