Measurements of ion current in flowing unmagnetized plasmas were performed with planar and spherical Mach probes in two different devices, one a dc multi-dipole plasma device for subsonic flow within a presheath region and the other a double plasma device for supersonic flow. Asymmetry reversal, which is higher ion current to the downstream side of the probe compared with the upstream side current, was observed for high probe bias compared with the electron temperature, relatively low ion drift velocity and Debye length comparable to probe radius. These data are in qualitative agreement with a recent numerical calculation by Hutchinson. As suggested by Hutchinson, it was found that the current ratio depended on the plasma parameters, especially for finite Debye length and high probe bias. Asymmetry reversal emphasizes the lack of validity of using the current ratio except for narrow parameter ranges. This study is the first experiment to demonstrate the non-intuitive phenomenon predicted by Hutchinson's numerical calculation.
流動する無磁場プラズマ中のイオン電流の測定を、2種類の異なる装置において平面型および球面型マッハプローブを用いて行った。1つは直流多極プラズマ装置であり、シース前駆領域内の亜音速流に対して用い、もう1つは二重プラズマ装置であり、超音速流に対して用いた。プローブの下流側へのイオン電流が上流側への電流よりも大きくなるという非対称性の逆転は、プローブバイアスが電子温度に比べて高い場合、イオンのドリフト速度が比較的低い場合、およびデバイ長がプローブ半径に匹敵する場合に観測された。これらの結果は、Hutchinsonによる最近の数値計算と定性的に一致する。Hutchinsonが示唆したように、電流比はプラズマパラメータに依存することが判明し、特にデバイ長が有限でプローブバイアスが高い場合に顕著であった。非対称性の逆転は、限られたパラメータ範囲以外では電流比を用いることの妥当性が欠如していることを強調するものである。本研究は、Hutchinsonの数値計算によって予測された非直感的な現象を実験的に初めて実証したものである。