^ возможность определить пе^ \\┬ (частоту столкновения электронов с тяж╦лыми частицами), а в оптич, диапазоне и концентрацию нейтральных атомов. Методика основана на зависимости диэлектрической проницаемости плазмы от частоты:
≈ критич, концентрация, при к-ро со≈ ≈ fo^H Rc┬≈0, При u)>fl>jp сигнал проходит через плазму, при оо<0)^ происходит отражение волн (т.н. отсечка). Это первый простейший метод оценки концентрации плазмы. Он используется при зондировании ионосферы, а также в лабораторных исследованиях. Широкое применение в исследованиях, особенно нестационарной плазмы, получили интерферометр и ч е-с к и е методы, основанные на зависимости разности фаз между опорным излучением и излучением, прошедшим через плазму, от плотности плазмы.
Если/ге<пс и длина волк X<g;A ≈ характерного размера неоднородности, то Ree определяет разность фаз волны, прошедшей через плазму, и опорной:
I
При фотографдч. регистрации интерферограммы можно с помощью преобразования Абеля получить мгновенный профиль концентрации. Фотоалектрич. методы регистрации позволяют проводить анализ последовательно.
Лазерная Д. п. Д. п. по рассеянию волн на свободных электронах развита в результате использования лазерной техники, Классич. (томсонов-ское) сечение рассеяния на свободных электронах
имеет вид: ST = \\ odQ~B/33ir*t где г0 ≈ в2/"^2 ≈клас-1
Q
сич. радиус электрона, £2 ≈ телесный угол. Изменение частоты излучения при рассеянии на электроне, движущемся со скоростью Р, определяется эффектом Доплера: Дсо ≈ ДА><;, где &k = 2k$\\n (Ф/2); ф ≈угол рассеяния, /с ≈волновой вектор зондирующей волны. Если Дйгд > 1 (г£> ≈ дебаевский радиус экранирования), то плазменные эффекты несущественны. Рассеяние от отдельных электронов суммируется, частотный спектр рассеянного излучения определяется распределением скоростей электронов и при максвелловском распределении оказывается гауссовым (при Т┬
п
О
пв ехр х
Т
).
i ≈длина зондирования. Мнимая часть Im e определяет экспоненциальное затухание волны с коэф.
ct = ve/c у 1 ≈ пе/пс, откуда вычисляется ve. Так могут быть определены средняя по лучу зондирования концентрация и частота столкновений ve. Для восстановления профиля п (г) необходимо обратное интегральное преобразование.
Диапазон частот, используемых для интерферомет-рич. измерений, ограничен, с одной стороны, условием распространения волн о)>ш/), а с другой ≈ мин. измеряемым сдвигом фал. При плотностях плазмы п^. e^ilO14 см~3 используют СВЧ-диапазон. В этом диапазоне существует неск. интерферометрич. схем: локация в свободном пространстве, волноводный, резонаторный методы (по изменению сдвига резонансной частоты).
Плазма
Рис. 2. 1 ≈ падающий луч, 2 ≈-рассеянный луч.
ФВ
КГ
Рис. 1, КГ ≈ клистронный генератор, ДТ ≈ двойной тройник, ФВ ≈ фазо вращатель, Ат ≈ аттенюатор.
60S
Простейшая схема первого способа приведена на рис. 4. Прошедший через плазму сигнал сравнивается с опорным сигналом на детекторной головке.
Для плотных плазм (гсе>1016≈1017 см~а) может использоваться оптическая лазерная интерферометрия. При определении концентрации атомов е╦ чувствительность поднимется на 6≈10 порядков для тех атомов, для к-рых есть близколежащие к частоте зондирующего луча резонансные переходы. В качестве источников света в оптич. интерферометрии применяются рубиновые, гелий-неоновые и др. лазеры, в разл. оптич. схемах ≈ интерферометры Майкелъсона, Маха ≈ Цендера и др.
(со)
Т.о., измерения /(to) позволяют определить Те и пе. Наблюдение под большим углом к падающему лучу (<^л/2) обеспечивает локальность методики ≈ рассеянное излучение фиксируется при╦мной аппаратурой из элемента объ╦ма, определяемого пересечением поля зрения системы регистрации и канала пучка (рис. 2).
В магн. полет если угол между k и напряж╦нностью магн. поля Н ≈ * л/2, спектр рассеяния состоит иа узких пиков, частотный интервал между к-рыми равен Q?, а огибающая имеет вид гауссовой кривой с Те≈ Те,, На этом эффекте основаны предложения
по измерению магн. поля в плазме. По сдвигу частоты Юмакс в рассеянном спектре, обусловленном эффектом Доплера, можно определять ср. направленную скорость электронов.
Д. п. по коллективному (когерентном у) рассеянию. В плотной плазме при Дйго < 1 преобладающим оказывается рассеяние на крупномасштабных (по сравнению с Г£>) тепловых и нетспловых ко~ лебаниях и флуктуация х плотности плазмы (зарядов Z). В случае тепловых флуктуации интенсивность рассеяния может превысить томсоновскуго в Z раз, в контуре линии возникает острый пик. На этом основываются предложения по измерению ионной темп-ры. В плазме с высоким уровнем надтепловых флуктуации рассеяние определяется этими колебаниями. Исследование зависимости Дсо (Д&) позволяет определить амплитуды и дисперсионные характеристики нетепловых колебаний в плазме.
Такого рода эксперименты в основном реализуются с применением лазеров. Возможны они и в СВЧ-диа-пазоне, хотя трудны как из-за малой эффективности рассеяния, так и из-за недостаточной монохроматичности генераторов.
Д. п. с помощью резонансной флуоресценции основана на определении интенсивности излучения резонансно возбужд╦нных атомов и ионов под действием внеш. источника. Процесс можно рассматривать как* рассеяние излучения на частоте, близкой к резонансной одного из атомных переходов. При достаточной интенсивности зондирующего излучения происходит насыщение эффекта флуоресценции. Зная атомные константы, можно определить концентрацию флуоресцирующих компонент. Диагностика локальна, т. к. наблюдение ведется под большим углом к зондирующему лучу.
")
}
