從歷史發(fā)展看,等離子體診斷學(xué)淵源于光學(xué)天文觀測。以恒星發(fā)射的可見光為起點的天文觀測現(xiàn)在已發(fā)展成為包括射頻電磁波、紅外線、紫外線、X 射線、γ射線以及各種粒子在內(nèi)的天文等離子體診斷,它是天體測量學(xué)和天體物理學(xué)的一個重要基礎(chǔ)。19世紀(jì)以來,氣體放電的研究,提供了等離子體的實驗室觀測。核爆炸性能的確定要依靠對爆炸形成的等離子體的診斷,F(xiàn)代高空飛行器和航天技術(shù)以及無線電通信技術(shù)的發(fā)展,也對等離子體診斷起了促進作用。當(dāng)前,受控?zé)岷司圩兒涂臻g開發(fā)等研究和應(yīng)用的需要,正在進一步推動等離子體診斷學(xué)的發(fā)展。
等離子體診斷技術(shù)是隨著等離子體科學(xué)的進展而發(fā)展起來的。20世紀(jì)初,開始觀測宇宙等離子體。20年代,為了研究氣體放電,開創(chuàng)了實驗室等離子體診斷。從50年代起,在受控?zé)岷朔磻?yīng)和空間技術(shù)研究的推動下,等離子體診斷的研究進入全盛時期。
探針法 將實體探針放入等離子體中以獲得所需參量,是等離子體診斷的基本手段之一。此法可以得到有關(guān)等離子體內(nèi)部細致結(jié)構(gòu)的信息和各種參量的分布情況。缺點是會干擾被測等離子體,例如改變流動圖像,形成空間電荷包鞘,產(chǎn)生雜質(zhì)污染等。此法應(yīng)用的探針有三種:
電導(dǎo)率探針 由磁場線圈和探測線圈組成。它利用磁場和等離子體相互作用原理來確定等離子體的電導(dǎo)率。
靜電探針 它是一種金屬電極。通過電路將偏置電壓加在探針和補償電極(如等離子體的金屬器壁或放電電極等)之間,探針就從等離子體中收集帶電粒子,形成電流。
磁探針 它是一個探測線圈。當(dāng)其中的磁通量發(fā)生變化時,線圈中便產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,從而給出等離子體中當(dāng)?shù)卮艌龅臅r間變化率。
微波法 利用電磁波頻譜中的微波與等離子體相互作用的原理來測量等離子體參量的方法。微波在等離子體中傳播時,會使微波器件的工作狀態(tài)發(fā)生變化(如值下降等),并發(fā)生吸收、相移以及反射、折射、散射等過程。相應(yīng)的衰減量、相移量和反射量等物理量可由實驗測定,而它們對等離子體的電子密度、碰撞頻率等參量的依賴關(guān)系則可由理論分析給出;谶@類現(xiàn)象的診斷稱為微波傳輸測量,它分為空腔法和自由傳播法兩種。
激光干涉法 激光具有功率大、亮度高、單色性好、方向性強和偏振度好等優(yōu)點,是十分優(yōu)良的相干光源。用它作馬赫-曾德爾干涉儀、邁克耳孫干涉儀等一般光學(xué)干涉儀的光源,可使干涉儀易于調(diào)節(jié),使用方便。有些新型干涉儀其中作光源的激光器兼作探測器,因而結(jié)構(gòu)簡單,靈敏度高。激光干涉法可以直接測量等離子體的折射率,并確定等離子體的密度和溫度等參量。