ボールペンプローブ

ボールペンプローブ^{[1]は、磁化されたプラズマの}プラズマ電位^[2]を測定するために使用される改良されたラングミュアプローブです。ボールペンプローブは電子とイオンの飽和電流をバランスさせ、その浮遊電位がプラズマ電位と等しくなるようにします。電子のジャイロ半径はイオンよりもはるかに小さいため、可動セラミックシールドを使用して、プローブコレクターから電子電流の調整可能な部分を遮蔽することができます。

ボールペンプローブはプラズマ物理学、特にCASTOR（チェコ科学アカデミートーラス）^{[1] [2] [3]} ASDEXアップグレード、^{[4] [5] [6] [7 ] [8] [9] [10]} COMPASS、^{[6] [7] [11] [ 12] [13] [14] [10] [15] [ 16] [17] [1]} ISTTOK、^{[10] [18]} MAST、^{[19] [20]} TJ-K、^{[21] [22]} RFX、^[23] H-1ヘリアック、^{[24] [25]} IR-T1、^[26] GOLEM ^{[27]などのトカマクや、}プラハのDC円筒マグネトロン^{[21] [28] [29] [30] [ 31]や}ナンシーの線形磁化プラズマ装置などの低温装置で使用されています。 ^{[32] [33]}およびリュブリャナ。^{[21] [28] [34] [過剰な引用]}

ラングミュアプローブ（電極）をプラズマに挿入すると、デバイシースが形成されるため、その電位はプラズマ電位に等しくならず、代わりに浮遊電位になります。プラズマ電位との差は、電子温度によって決まります。 ${\displaystyle \Phi }$${\displaystyle V_{fl}}$ ${\displaystyle T_{e}}$

${\displaystyle \Phi -V_{fl}=\alpha *T_{e}}$

ここで係数は、電子とイオンの飽和電流密度（および）と電子とイオンの収集面積（および）の比によって与えられます。 ${\displaystyle \alpha }$${\displaystyle j_{e}^{sat}}$${\displaystyle j_{i}^{sat}}$${\displaystyle A_{e}}$${\displaystyle A_{i}}$

${\displaystyle \alpha =ln\left({\frac {A_{e}j_{e}^{sat}}{A_{i}j_{i}^{sat}}}\right)=ln(R)}$

ボールペンプローブは、電子とイオンの収集領域を、その比率が 1 になるように変更します。その結果、ボールペンプローブの浮遊電位は、電子温度に関係なくプラズマ電位と等しくなります。 ${\displaystyle R}$${\displaystyle \alpha =0}$

${\displaystyle V_{fl}=\Phi }$

ボールペンプローブは、絶縁チューブ（窒化ホウ素、アルミナ）でシールドされた円錐形のコレクター（非磁性ステンレス鋼、タングステン、銅、モリブデン）で構成されています。コレクターは完全にシールドされており、プローブヘッド全体が磁力線に対して垂直に配置されています。

コレクターがシールド内でスライドすると、比率は変化し、1 に設定できます。適切な引き込み長さは、磁場の値に大きく依存します。コレクターの引き込みは、イオンのラーモア半径よりおおよそ小さくする必要があります。^[要出典]コレクターの適切な位置の調整は、2 つの異なる方法で行うことができます。 ${\displaystyle R}$

1. ボールペンプローブコレクターは、IV特性を提供し、電子とイオンの飽和電流を得る低周波電圧によってバイアスされる。次に、コレクターは、IV特性が対称になるまで引き戻される。この場合、比率は1に近くなるが、正確ではない。^{[1] [5] [35]}プローブをさらに深く引き戻しても、IV特性は対称のままである。${\displaystyle R}$
2. ボールペンプローブのコレクター電位は浮いたままで、コレクターは電位が飽和するまで引き込まれます。その結果生じる電位はラングミュアプローブの電位より高くなります。^{[説明が必要]}

係数が異なるプローブでプラズマ電位を 2 回測定すると、電子温度を受動的に (入力電圧や電流なしで)取得できます。ラングミュア プローブ (無視できない) とボール ポイント プローブ (関連する係数はゼロに近い) を使用すると、電子温度は次の式で表されます。 ${\displaystyle \alpha }$${\displaystyle R}$

${\displaystyle T_{e}={\frac {\Phi -V_{fl}}{\alpha }}}$

ここで、はボールペンプローブ、標準ラングミュアプローブによって測定され、ラングミュアプローブの形状、プラズマガス組成、磁場、およびその他の小さな要因（二次電子放出、シース膨張など）によって与えられます。これは理論的に計算することができ、その値は非磁化水素プラズマの場合約3です。^{[36] [37]}${\displaystyle \Phi }$${\displaystyle V_{fl}}$${\displaystyle \alpha }$

実際には、ボールペンプローブの比率は正確に1に等しくないため、 ^[5]係数は経験値によって補正する必要があります。 ${\displaystyle R}$${\displaystyle \alpha }$${\displaystyle R}$

${\displaystyle T_{e}={\frac {\Phi _{BPP}-V_{fl}}{\bar {\alpha }}},}$

どこ ${\displaystyle {\bar {\alpha }}=\alpha -ln(R).}$

• 博士論文、イリ・アダメク（チェコ語と英語）
• 概要: ボールペンプローブの設計、理論、およびさまざまな核融合装置での最初の結果。
• トカマクCOMPASSにおけるプラズマ電流スパイクの調査とHモードショットの一般解析
• COMPASSトカマクにおける電気プローブ測定
• COMPASSトカマクにおけるプローブ測定
• アルカトールC-Modトカマクの境界におけるプラズマプロファイル測定のための走査型イオン感度プローブ
• アルカトール C-Mod トカマクの境界におけるイオン熱輸送とシース熱流束を評価するためのプローブの開発^{[ permanent dead link ‍ ]}
• ビデオ: COMPASS トカマクのダイバータ領域におけるタイプ I ELM の時間的変化。
• COMPASS トカマクの新しいダイバータ ボールペンとラングミュア プローブ。