Diagnostyka plazmy

Parametry plazmy – temperatura i gęstość elektronowa

Parametry te są zwykle wyznaczane za pomocą metod spektroskopii emisyjnej, która jest metodą najłatwiejszą do przeprowadzenia i nieinwazyjną. Cechują ją jednak pewne ograniczenia, takie jak przestrzenne sumowanie emitowanego promieniowania, czy konieczność dokonania pewnych założeń o równowagach termodynamicznych przy interpretacji widm.

Aby uwolnić się od tych ograniczeń, główną stosowaną przez nas metodą jest rozpraszanie Thomsona, czyli rozpraszania światła na swobodnych elektronach znajdujących się w plazmie. W porównaniu ze spektroskopią emisyjną, rozpraszanie Thomsona charakteryzuje dobra rozdzielczość przestrzenna i łatwość interpretacji otrzymanych widm. Poprzez badanie światła z drugiego impulsu, rozproszonego na plazmie, wyznaczyć można temperaturę elektronów i ich gęstość. Wartości parametrów uzyskane tą metodą mogą być porównane z ich wartościami otrzymanymi z innych metod.

Obserwacje wykonane 3000 ns po generacji plazmy: (a)obrazowanie obłoku plazmowego,
(b) promieniowanie rozproszone na plazmie argonowej rejestrowane przez kamerę ICCD,
(c) to samo promieniowanie rozproszone przedstawione
w innej skali intensywności.

Rozpraszanie Thomsona na plazmie wytworzonej na próbce aluminiowej. Obok dwóch szerszych pików pochodzących z rozpraszania Thomsona (w okolicach 528 nm i 536 nm) można zaobserwować rozpraszanie Ramana (529 nm i 535 nm).

Ewolucja fali uderzeniowej

Istotnych informacji może dostarczyć też rozpraszanie Rayleigha, czyli rozpraszanie światła na cząsteczkach i atomach gazu. Natężenie rozproszonego światła jest proporcjonalne do ilości cząstek gazu, pozwala więc obserwować obszary gwałtownego wzrostu ciśnienia – falę uderzeniową powstałą podczas generacji plazmy. Nasz układ eksperymentalny umożliwia (równocześnie z opisaną wyżej diagnostyką parametrów) obserwację propagacji fali uderzeniowej z dobrą rozdzielczością czasową i przestrzenną oraz odniesienie jej do ewolucji kształtu samego świecącego obłoku plazmowego.

Rysunek przedstawia ewolucję fali uderzeniowej w czasie. Punkty odpowiadają położeniom frontu falowego w różnych momentach po generacji plazmy.