Numéro
J. Phys. France
Volume 33, Numéro 8-9, août-septembre 1972
Page(s) 761 - 769
DOI https://doi.org/10.1051/jphys:01972003308-9076100
J. Phys. France 33, 761-769 (1972)
DOI: 10.1051/jphys:01972003308-9076100

Mesure de la densité d'un plasma par sonde de Langmuir en présence de champ magnétique

J. Ripault-Misguich1, 2

1  Association Euratom-CEA
2  Département de la Physique du Plasma et de la Fusion Contrôlée Centre d'Etudes Nucléaires Boîte Postale n° 6, 92-Fontenay-aux-Roses, France


Abstract
A method of measuring the density of a fully ionized, magnetized plasma is deduced from the theoretical study of electron collection by a plane Langmuir probe, placed parallel to the magnetic field. This study is performed for probe dimensions much smaller than the mean free path, comparable with the ion gyroradius, but much larger than the electron gyroradius which is larger than the Debye length. For this geometry, the ion current, proportional to the probe surface, is much smaller than the electron current when the probe bias is positive. The electron current, proportionnal tot he probe dimension perpendicular to the magnetic field and to the electron gyroradius is almost independant of the ion temperature ; it is described by a universal characteristic. A systematic interpretation of the probe characteristic is obtained, in good agreement with an experimental study performed in the range of plasma parameters : 1010 ≤ n ≤ 1013 cm-3, 500 ≤ B ≤ 2 000 G, Te T i ≤ 100 eV.


Résumé
Une méthode de mesure de la densité d'un plasma complètement ionisé, en présence d'un champ magnétique, est déduite de l'étude théorique des caractéristiques de sonde de Langmuir plane, placée parallèlement au champ magnétique. Le domaine de paramètres considéré est tel que les dimensions de la sonde, petites devant les libres parcours moyens et comparables au rayon de Larmor ionique, sont grandes devant le rayon de Larmor électronique lui-même grand devant la longueur de Debye. Dans cette géométrie, le courant ionique, proportionnel à la surface de la sonde, est petit devant le courant électronique lorsque la polarisation de la sonde est positive. Le courant électronique, proportionnel à la dimension de la sonde perpendiculairement au champ magnétique et au rayon de Larmor électronique, est quasiment indépendant de la température des ions et peut être décrit par une courbe universelle. Ce dernier point permet d'établir une méthode d'exploitation systématique des caractéristiques de sonde dont la validité est confirmée par l'étude expérimentale effectuée dans la gamme de paramètres : 1010 ≤ n ≤ 10 13 cm-3, 500 ≤ B ≤ 2 000 G, T e Ti ≤ 100 eV.

PACS
5270D - Electric and magnetic measurements.

Key words
electron density -- Langmuir probes -- plasma diagnostics