We describe an experiment, the UMIST Linear System (ULS), in which a hydrogenplasma stream, guided by a longitudinal magnetic field, is injected through adiaphragm containing an orifice into a separately-pumped target chamber inwhich the neutral hydrogen pressure can be raised to a maximum of 8 mTorr. Thestream is about 6 mm in diameter, has an electron temperature of up to 15 eVand an ion flux of 3×1018 s-1; it is supersonic with Machnumber up to M≈3. We have studied both the passage of the streamthrough the orifice and the interaction of the supersonic plasma with neutralhydrogen in the target chamber. We find that transmission is incomplete evenwhen the orifice diameter is five times that of the plasma; we attribute thisto the presence of ion trajectories which extend well outside the visibleplasma and are intercepted by the diaphragm. In the target chamber, the streamdoes not broaden, but the ion flux decreases approximately exponentially withdistance, with a scale length of the order of the mean free path for momentumtransfer in ion-neutral collisions, and much less than that expected for otherprocesses, such as charge exchange or electron-ion recombination. Elasticcollisions alone cannot decrease the flux, but would lead to a largeaccumulation of slow ions in thermal equilibrium with the neutral gas, whichmust be limited by some other loss process: collisional diffusion andelectron-ion recombination are too slow, leading to a density approaching1020 m-3. The observed density is of the order of 1018 m-3, requiring a process with a rate of 10-100 times faster. Calculatedrates for molecular-activated recombination (MAR) of the slow ions are of thisorder, and the predicted density agrees with our observations to order ofmagnitude.
我々は、水素プラズマ流が、案内磁場に沿って、オリフィスを備えた隔膜を通して、独立排気されたターゲットチャンバー内に注入される実験、UMIST線形システム（ULS）について述べる。ターゲットチャンバー内の中性水素圧力は最大8 mTorrまで上昇させることができる。プラズマ流は直径約6 mmであり、電子温度は最大15 eV、イオン束は3×10¹⁸ s⁻¹である。これはマッハ数が最大M≈3の超音速流である。我々は、オリフィス直径がプラズマ直径の5倍である場合でも、透過が不完全であることを見出した。これは、可視プラズマの外側まで広がるイオン軌道が存在し、それらが隔膜によって遮られることに起因する。ターゲットチャンバー内では、プラズマ流は広がらないが、イオン束は距離に対して指数関数的に減少し、その減衰長は、電荷交換や電子-イオン再結合などの他の過程から予想される値よりもはるかに短く、イオン-中性粒子衝突における運動量輸送の平均自由行程のオーダーである。弾性衝突のみでは、この束の減少を説明できないが、中性ガスと熱平衡にある低速イオンの大きな蓄積をもたらすはずであり、それゆえ、何らかの他の損失過程によって制限されなければならない。衝突拡散および電子-イオン再結合は遅すぎるため、密度は10²⁰ m⁻³に近づくはずである。しかし、観測される密度は10¹⁸ m⁻³のオーダーであり、これは、10〜100倍速い過程の存在を示唆する。低速イオンの分子活性化再結合（MAR）の計算された速度はこのオーダーであり、予測される密度は我々の観測結果と桁のオーダーで一致する。