Misure della densità elettronica in plasmi a radiofrequenza mediante rilevazione di onde

Electron density plays a fundamental role in plasma physics; for this reason, it is important to develop valid diagnostic techniques. The objective of this thesis is the experimental analysis of two different methodologies for the detection of the electron density in plasmas generated by means of radiofrequency electromagnetic fields. Specifically, a microwave perturbation will be introduced via a transmitting antenna, and the effects of its propagation through the plasma will be analyzed based on the signal received by a receiving antenna. Two aspects will be observed that allow the parameter of interest to be inferred: the first is the cutoff of the signal, and the second is the amplification of the plasma wave. A wide range of experimental conditions will be explored in terms of coupled power to the plasma, pressure, and working gas (He, Ar, and N), in order to understand the strengths of the methods and limitations that must be addressed for the future development of accurate plasma density diagnostic systems, based on the characterization of plasma wave properties.

La densità elettronica gioca un ruolo fondamentale nella fisica dei plasmi; per questo motivo è importante sviluppare tecniche diagnostiche efficaci. La presente tesi si prefigge come obiettivo l’analisi sperimentale di due differenti metodologie per la misura della densità elettronica in plasmi generati mediante campi elettromagnetici a radiofrequenza. Immettendo una perturbazione sotto forma di microonda grazie ad una antenna radiante, si analizzeranno gli effetti nell’attraversamento del plasma in base al segnale restituito da un’antenna ricevente. Si verificheranno due comportamenti che permettono di risalire al parametro di interesse, il primo di interruzione della trasmissione del segnale, il secondo di amplificazione dell’onda di plasma. Saranno esplorate numerose condizioni sperimentali variando la potenza di accoppiamento del plasma, la pressione ed il gas in uso (He, Ar e N), per capire i punti di forza e le criticità da risolvere per la realizzazione, in futuro, di precisi sistemi di diagnostica per la densità di plasma, basati sulla caratterizzazione delle proprietà dell’onda di plasma.