Tishreen University Journal for Research and Scientific Studies - Basic Sciences Series Vol. (33) No. (2) Cs - f.(

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1 2011 (2) (33) - Tishrn Univrsity Journal for Rsarch and Scintific Studis - Basic Scincs Sris Vol. (33) No. (2) 2011 * (2011/ 8 / / 10 / 14 ) " - ". Cs kH 100kH f. 2Cs.( f = 0.1ω p, i ) ω p,i.. " - " :. "-" *

2 2011 (2) (33) - Tishrn Univrsity Journal for Rsarch and Scintific Studis - Basic Scincs Sris Vol. (33) No. (2) 2011 Caractérisation d'un Doubl-Plasma Multipolair magnétiqu t Détction d'un Instabilité Acoustiqu Ioniqu à Bass Fréqunc Dr. Abdulwahab Quka * (Récriv 14 / 10 / Accpté 11 / 8 /2011) ABSTRACT Un turbulnc élctrostatiqu à bass fréqunc généré par l systèm "faiscau d ions-plasma" a été étudié xpérimntalmnt dans un machin "doubl-plasma" avc un grill négativmnt polarisé qui sépar ls dux chambrs d production ds plasmas: sourc t cibl. L auto-xcitation d un instabilité acoustiqu ioniqu à bass fréqunc a liu dans l plasma cibl autour d la grill lorsqu ls potntils ds plasmas sur chaqu côté d la grill sont prsqu égaux t lorsqu la production du plasma thrmo-ioniqu st rstrint à la chambr sourc. Ctt instabilité st obsrvé t nrgistré pndant l injction d un faiscau d ions du plasma sourc vrs l plasma cibl ayant un vitss choisi ntr la vitss acoustiqu ioniqu Cs t l doubl d ctt valur 2 Cs. La fréqunc d ctt instabilité st compris ntr 100kH t 200kH, c qui constitu à pu près un dixièm d la fréqunc du plasma ioniqu ω. p, i Lié à l xistnc d un gain d ions pur autour d la grill, ctt instabilité st détcté comm un composant aléatoir du courant d la grill t comm un propagation d fluctuation d la dnsité dans l plasma cibl avc un dgré d modulation d qulqus pourcnts. L amplitud d fluctuation d la dnsité st maximal à qulqus cntimètrs d la grill. Mots-clés: Doubl-Plasma, Décharg élctriqu, Gain d grill, Sonds d Langmuir, Systèm faiscau d ions-plasma, Instabilité Acoustiqu Ioniqu à Bass, Intraction ondparticul, Vitss acoustiqu, Anod virtull. * Maîtr d Conférncs, Départmnt d Scincs Basics, Faculté d Géni Elctriqu t Elctroniqu, Univrsité d Alp,Syri. 102

3 Tishrn Univrsity Journal. Bas. Scincs Sris 2011 (2) (33) : (instabilité acoustiqu ioniqu) -.( ) 200kH 100kH ω p,i.( 0.1ω p,i :).[7] ( ) (dgré d modulation). (charg d'éspac) -.[1] ω p,i (thérmo-ioniqu) (oscillation d'un anod virtull).[11].[2] ω p, i, inj f U α G f.[2]. (convction).ω p, i, cibl.[12] (α = 0.25,..., 0.5 ).. :.." - ". 103

4 :.. " ".. :..(- ). " " : -1 ( ).[17]...[18, 20, 21].(1). 70cm 35cm " ".( ) 10-4 mbar 10-6 mbar (80%).( ) ( ) (U Bias ),. 0.2 mm : ). (9 cm U B 104

5 Tishrn Univrsity Journal. Bas. Scincs Sris 2011 (2) (33) (U hat ) U h. 4 ampèrs 4 volts (Efft thérmoélctriqu) U discharg- ) U d-s,t " " ). () ( sourc,targt(cibl) (40V (2) (1). " ".[13, 14, 16]. :(1) p 0 =10-6 mbar :(1) () p=10-4 mbar () I h =4 A/filamnt U d =40 V I d = ma U G = V ( ) 105

6 :(2) n= cm -3 T =2.. 4 V T i = V λ D = cm Dby 8cm. B. N-S-N- : ) (S....[2, 3] : -2..[4, 22] (sonds d Langmuir) (analysur élctrostatiqu). () : Sonds d Langmuir - " - ". [22] 5mm (Tantal) 4mm 1mm (2- ).3mm ) 1k.( ( ).(PC) [22] (I-V). q m. " - " V ( ) 106

7 Tishrn Univrsity Journal. Bas. Scincs Sris 2011 (2) (33) 2qV (). vmin = m.(3-4-) ) 1 2 φ p I sat : (3).(3-1- I sat (2) (1) i ( ) (3) ( ). I sat i < 0.(4) (tangnt) (3) I sat > 0.(4) sat. I (4) (3) (4).(3- ).φ p () ).φ f φ p (potntil flottant) φ f.( (3- ) (2) (3) sat + V I = I xp T sat I φ p ( ) : ( V 0 ) ( ) ( pour V < 0 t V = 0 au potntil plasma) sat φ I = I xp k T φ : sat I m. k T sat [4] n I k T sat () A I = 0.4. n. A m. 107

8 ( ) ( ).(3-) :Ls sonds émissivs.".( ) -" (charg d'éspac). - (4).(4- ) φ f I émission φ p. I collction :(2) " -" :(3) 108

9 Tishrn Univrsity Journal. Bas. Scincs Sris 2011 (2) (33). : " -" :(4) :Analysur élctrostatiqu -3.(5- ) :1cm 30 % :G 1 *.( ).. (V ) :G 2 *.V 70 V :C *. G 1.. : :(5) 109

10 I( v) v v( φ) 2φ f( v) dv = m φ i F( φ). m φ i 1 2 :[2]. 1.. dφ F( φ).dφ 2 φ F(φ) f(v) di F(φ) :. F( ) = 0 dφ d I( v) / dφ ( )..( ).. ( ) : -4 : -1-4 (turbulnc acoustiqu ioniqu - ). ) C. 1MHz.() ( Locroy 9403.(8 Bits) MHz ( ).. " -" Ls solitons (analogiqu) (analysur d spctr analogiqu) Tktronix AM () ( - :) 502. () : LaboWindows of National Instrumnts " -" ( ) C..( ) (spatio-tmporls) 110

11 Tishrn Univrsity Journal. Bas. Scincs Sris 2011 (2) (33) 111 : : -1 n ( ) T / T i 3V 2 T 9 10 cm 3 ( ) [3, 4].[1,3] (). 0,1% ( ). (mouvmnt cyclotroniqu d'ions) (ds cyclotrons ioniqus) (ds mods) " - ".(déstabilisés) ( )."" "" ( φ) 1 ( 2. φ M )2 " " (systèm faiscau d'ionsplasma).[15] v bam = i (propagation) (prturbation (mod acoustiqu ioniqu) ( ) "" transitoir).. U B = 0 ).[5, 6] " " (.(prégain) (6). plasma - (3) : prégain- :U B = 0 ( ) U G (2) gain- (1).nutr :

12 U G (prégain) ().[9] ("" ). 5mm 2 mm (40V ) 3V "" [13] U B. (flottant). (7). : U G = 30V (grill flottant).[9, 10, 15] (ds instabilités) ().[15, 20] () (vitss [16, 20] acoustiqu ioniqu) ( 2. φ M ) 1 2 Cs = ( k T M ) 1 2 i. vbam = i :.Cs 112

13 Tishrn Univrsity Journal. Bas. Scincs Sris 2011 (2) (33) 113

14 : -2.. ( 2 ± 0.5)volts. (1/10) 120kHz U G = 65V (instabilité) ac φ = 0.7V. (b-8) (a-8). ( ) f -b -a :(8) ().(9) (a-9).[9] () ( ) ( I d, T U G >150V). (instabilité) (b-9) ( I. décharg, T argt. :δn/n ) ( f ) (d-9) (c-9). U B (120 khz ) ( résonanc-. (symétriqu) ) 114

15 Tishrn Univrsity Journal. Bas. Scincs Sris 2011 (2) (33) ( ) (anod flottant) ) φ = 0.7V.[8 ] 3% ( :). ( (a).(c).(d) U B U B U G f :(9) (b) ( I décharg, Targt (δn/n ) ) I d, T v ph ( ) ( 2. φ M ) 1 2 (10). vbam = i v bam v ph ( ). Cs = ( k ) 1 2 T M i ( ) Cs. 115

16 v c ph s v bam =(2 ( ). v bam Cs=(kT /M i ) 1/2 v ph. ( ) ( ) :(10) ( ) "" "".( 1.5V φ 6V "- ".( Cs vb 2Cs :) 6V am /M i ) 1/2 1.5V φ. Cs. :) v bam ). Cs vb am 2Cs ( vbam Cs )..( 116

17 Tishrn Univrsity Journal. Bas. Scincs Sris 2011 (2) (33) (fluorscnc induit par lasr) ).[3, 19].(. :... " - " (ion - ion) ( φ)." " v bam = ( 2. φ M ) 1 2 "" "" i... 2Cs Cs = ( k ) 1 2 T M i ( ) Cs.. ( ) ) (. v bam Cs 117

18 : [1] CARRÈRE, M. ; CHÉRIGIER, L. ; ARNAS-CARPEAU, C. ; BACHET, G. ; DOVEIL, F. Stady stat bhavior of a multipolar plasma dvic. Rviw of Scintific Instrumnts, USA, Vol. 67,N 12, 1996, [2] BACHET, G. ; CHÉRIGIER, L. ; DOVEIL, F. Ion vlocity distribution function obsrvation in a multipolar argon discharg. Physics of Plasmas, USA, Vol. 2, N 5, 1995, P [3] BACHET, G.; CHÉRIGIER, L. ; CARRÈRE, M. ; DOVEIL, F. Lasr-inducd fluorscnc obsrvations of a multipolar argon discharg. Physics of Fluids B, USA, Vol. 5, N 8, 1993, [4] BOHM, D. in Th charactristics of lctrical dischargs in magntic filds. 1st d., Mc Graw-Hill, USA, 1949, 376. [5] SARMA, A. ; BAILUNG, H. ; CHUTIA, J. Obsrvation of bam-nhancd shath instability in a doubl plasma dvic. Physics of Plasmas, USA, Volum 3, N 9, 1996, [6] SARMA, A. ; BAILUNG, H. ; CHUTIA, J. Charactristics of shath instability in a doubl plasma dvic. Physics of Plasmas, USA, Volum 4, N 1, 1997, [7] OHNO, N. ; KOMORI, A. ; TANAKA, M. ; KAWAI, Y. Instabilitis associatd with a ngativ rf rsistanc in currnt-carrying ion shaths. Physics of Fluids B: Plasma Physics, USA,Vol. 3, N 1, 1991, [8] POPA, G. ; SCHRITTWIESER, R. W. Rsonant coupling btwn ion bounc in a potntial wll and th potntial rlaxation instability. Physics of Plasmas, USA, Volum 1, N 1, January 1994, [9] PIEL, A. ; KLOSTERMANN, H. ; ROHDE, A. ; JELIC, N. ; SCHRITTWIESER, R.W. Ion shath oscillations in doubl plasma machins. Physics Lttrs A, UK, Vol. 216, N 6, 1996, [10] KLOSTERMANN, H.; ROHDE, A.; PIEL, A. Van dr pol bhavior of virtual anod oscllations in th shath around a grid in a doubl plasma dvic. Physics of Plasmas, USA, Volum 4, N 7, 1997, [11] KLINGER, T.; GREINER, F.; ROHDE, A ; PIEL, A. Van dr pol bhavior of rlaxation oscllations in a priodically drivn thrmionic discharg. Physical Rviw E, USA, Volum 52, N 4, 1995, [12] ROHDE, A.; KLOSTERMANN, F.; PIEL, A. Particul-in-cll simulation of grid shath oscillations in a doubl-plasma dvic. Physical Rviw E, USA, Volum 25, N 5, 1997, [13] PHUKHAN, A. ; MISHRA, M. K. ; SAIKIA, B. K. ; CHAKRABORTY, M. Variation of plasma paramtrs in a modifid mod of plasma production in a doubl plasma dvic. Pramana - journal of physics, India, Volum 74, Numbr 3, 2010, [14] PHUKHAN, A. ; MISHRA, M. K. ; CHAKRABORTY, M. Mchanical variations of diffusd plasma paramtrs in a doubl plasma dvic. Journal of physics D, Applid physics, UK, vol. 40, N 12, 2009, [15] MISHRA, M. K. ; PHUKHAN, A. ; CHAKRABORTY, M. ; GOSWAMI, K. S. Growth of lctron nrgis with ion bam injction in a doubl plasma dvic. Th 118

19 Tishrn Univrsity Journal. Bas. Scincs Sris 2011 (2) (33) Europan physical journal D, Atomic, molcular and optical physics, India, Volum 46, N 2, 2007, [16] SCHUMACHER, U. Basics of plasma physics. Lctur nots in physics, Plasma physics, Grmany, vol. 670, 2005, [17] PIEL, A. Wavs in plasmas. Lctur nots in physics, Plasma physics, Grmany, vol. 670, 2005, [18] WAGNER, F. ; WOBIG, H. Magntic confinmnt. Lctur nots in physics, Plasma physics, Grmany, vol. 670, 2005, [19] GRULKE, O. ; KLINGER, T. Obsrvation of plasma fluctuations. Lctur nots in physics, Plasma physics, Grmany, vol. 670, 2005, [20] DELCROIX J-L. ; BERS A. Physiqu ds plasmas, IntrEditions / CNRS Edition, Franc, vol. 1 & 2, 1994, vol.1-375, vol [21] KUNZE, H-J. Introduction to Plasma Spctroscopy. Springr Sris on Atomic, Optical and Plasma Physics, Grmany, Volum 56, 2009, [22] Robrt L. Mrlino. Undrstanding Langmuir prob currnt-voltag charactristics.amrican Association of Physics Tachrs. USA, Vol. 75, No. 12, 2007,

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