プラズマ密度について

質問

学校の実験でプラズマ諸量(プラズマ電位、電子密度、電子温度)の測定をしました。磁界の配位(?)はミラーで、装置内部の圧力はだいたい3×10-4torrでした。プラズマの色は紫色でした。
プローブの位置を固定して(プラズマ中心部)、放電電流を0.1A,0.05A,0.025Aと変えて電子温度を求めたのですが、低い電流の方が電子温度が高くなってしまいました。
なぜ反比例してしまったのか、よくわかりません。電流の大きいほうが電子温度が高くなるはずだと思いますが…。
乱文ですが、よろしくお願いします。

回答No.3

First_Noel

プローブはダブルプローブですか？
シングルだと磁場や２次電子の影響が大と考えられます．

放電電圧をかけている電源は定電圧電源と言うことですね．
０．１Ａと０．０２５Ａの場合では，グローとタウンゼントと，
放電形態が変わっているのかも知れません．
その場合，シースでの電圧降下が変わっているのかも知れません．

回答No.2

First_Noel

用いた電源は定電流電源ですよね？
＃１さまと同じく，投入パワーがどうなっているか，
興味深いところです．
少なくともあと，各電流値での背圧と放電電圧があれば良いのですが．

＞電流の大きいほうが電子温度が高くなるはずだと思いますが…。

これは電子温度ではなく，原子やイオンの温度ですね．

例えば，アークとグローとでは電流値が全く違いますし，
見た目にも様相が全く異なっています．しかし電子温度は
両者で余り違わなかったり，或いはグローの方が高い場合も
あり得ます．
これは，電離度と中性粒子温度とを考えないといけないことを
示唆しています．
即ち，グロー放電では温度非平衡なプラズマとなっています．

また，低電流側ではグローからタウンゼント放電に形態が
移行している可能性もあります．
これはプラズマの電流－電圧特性をグラフにプロットすると
一目瞭然に把握出来ます．もし放電電圧のデータがありましたら，
是非考察してみて下さい．

補足

ご解答ありがとうございます。大変参考になりました。電気科出身のくせにプラズマ実験はいっぱいいっぱいでした(泣)
各電流値での背圧は3×10-3torrで一定です(質問では4乗になってましたが間違いです。申し訳ありません)。
放電電圧は150Vで、フィラメント電流は100mAでした。
導入ガスは窒素,磁界配位はミラーで実験をしました。

回答No.1

ElectricGamo

どのようにプラズマを生成しているのか説明が必要です。放電電圧をどのようにされましたか？

>電流の大きいほうが電子温度が高くなるはずだと思いますが…。

電流は電子の数で決まるので電流が大きくても電子個々の熱エネルギーに対応する電子温度が高い保証はありません。むしろ電流よりも放電電圧が大切で、放電電圧が高い方が電子温度が高くなりますし、逆に放電電圧が低ければ電子温度は下がります。

ですので、勝手な推測ですが、使っていた装置の電力は実験中変わらず、放電電流を下げると放電電圧が上がり、放電電流を上げると放電電圧が下がったのではないでしょうか？

もしそうであれば、低い電流の方が放電電圧が大きい分だけ電子温度が上がります。

補足

ご解答ありがとうございます。放電電圧は150Vで一定,熱電子放出でフィラメントに流した電流は100mAです。中の圧力は3×10-3torrで一定で、導入ガスは窒素です。もしかしたら、フィラメントに流す電流を変えていたのかもしれませんね。