冷等离子体中利用朗缪尔探针通过q-Weibull分布估算等离子体参数的新流程

我们描述了一种利用 Druyvesteyn 方程从 I-V 朗缪尔曲线获取等离子体参数的流程。我们提议在常规等离子体参数——等离子体电位($V_p$)、悬浮电位($V_f$)、电子密度($n$)与电子温度($T$)——之外引入两个新参数 $q$ 与 $r$。这些新参数尤其有助于表示非麦克斯韦分布。该流程基于以 $q$-Weibull 分布函数拟合 I-V 朗缪尔曲线,并受近期使用源自 Tsallis 统计的 $q$-指数分布函数的工作启发。我们采用三种技术获取常规等离子体参数:使用 Savitzky Golay (SG) 滤波的数值微分、$q$-指数分布函数与 $q$-Weibull 分布函数。我们说明了 $q$-指数函数局限性:实验数据 $V>V_p$ 需事先裁剪,导致相比 SG 数值微分精度较低。为克服此困难,引入 $q$-Weibull 函数作为 $q$-指数分布的自然推广,其在表示 $V_p$ 附近凹性变化上更具灵活性。我们将此流程应用于分析由位于距阴极不同高度的单探针测得的氮 $N_2$ 冷等离子体对应测量值。我们显示 $q$ 参数随高度数值十分稳定。本工作或可阐明非广延统计用于等离子体诊断的部分优势与局限,但非广延参数在等离子体物理中的物理解释尚不完全清楚,需进一步研究。