在低气压环境下用激光诱导激发射频等离子体的方法技术

一种在低气压环境下用激光诱导激发射频等离子体的方法，该方法硬件包括脉冲激光光源、凸透镜、靶材、离子源系统和射频供电系统；该方法内容是：当离子源系统中气体的气压值低于1Pa，产生射频等离子体困难时，利用脉冲激光束轰击离子源系统中的靶材，以此提高离子源内部种子电荷的密度，从而引发射频等离子体；首先使离子源系统具有较高真空度后，为离子源系统提供需要产生等离子体的气体，为离子源系统内部环境提供射频电磁场，输出一个高强度的激光脉冲经过聚焦后形成一个高功率密度的光斑并打在靶材的表面；脉冲激光光斑到达靶材表面后的瞬间，靶材表面产生激光等离子体并为离子源系统内部提供种子电荷，离子源系统内部的射频等离子被引发。

【技术实现步骤摘要】
在低气压环境下用激光诱导激发射频等离子体的方法
本专利技术涉及在核聚变托克马克强流中性束注入
中，尤其涉及一种在低气压环境下用激光诱导激发射频等离子体的方法，该方法能够在低气压下利用脉冲激光与靶材的相互作用来引发射频等离子体的技术。
技术介绍
可控的核聚变有希望成为人类社会理想的能源。目前，磁约束聚变被认为是最有可能实现核聚变能商用的途径。磁约束聚变利用磁场来约束带电粒子，其目标是在磁容器中将聚变燃料加热至数亿度高温，从而实现聚变反应。强流中性束注入是核聚变装置中主要的加热方法，一般作为欧姆加热基础上的二级加热方式。强流中性束注入通过将中性粒子注入磁约束装置来实现加热。目前主要的中性束离子源有弧放电离子源和射频离子源。射频离子源是通过射频电磁感应放电的方式来引发等离子体，与弧光放电离子源相比，射频离子源的优势在于其不涉及灯丝的寿命问题，可长时间免维护运行。另外，射频离子源工作可靠且成本低。然而，射频离子源在低气压(气压小于0.3Pa)的情况下存在点火困难的难题。因此，解决低气压下实现射频离子源点火困难的问题对核聚变中中性束技术的发展具有非常重要的意义。本专利技术针对射频离子源在低气压下点火困难的问题，利用强脉冲激光聚焦后与钨靶材相互产生的电子作为种子电子来在低气压下引发射频等离子体。该技术可操控性强，便捷，不会导致系统内部结构的复杂化。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术中的不足，提供一种可行的低压环境下激光诱导射频等离子体的技术。为了解决上述存在的技术问题实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种在低气压环境下用激光诱导激发射频等离子体的方法，该方法采用的硬件设备包括脉冲激光光源、凸透镜、靶材、离子源系统和射频供电系统；所述的凸透镜用于聚焦所述的脉冲激光光源输出的高强度脉冲激光；所述的离子源系统用于提供气体的放电环境；所述的射频供电系统为所述离子源系统的内部环境提供功率可调节的射频电磁场；所述的靶材置于所述离子源系统中，且其位置须在所述的脉冲激光光源输出激光的光路上，并处于所述凸透镜的焦点附近；该方法具体包括如下内容：当离子源系统中气体的气压值低于1Pa，产生射频等离子体困难时，利用脉冲激光束轰击离子源系统中的靶材，以此提高离子源内部种子电荷的密度，从而引发射频等离子体；首先打开抽气系统，通过观察气压检测系统，使离子源系统具有较高真空度后，打开送气系统为离子源系统提供需要产生等离子体的气体，调节送气系统输出气体的流强使离子源系统内部的气压达到所需值；打开供电系统为离子源系统内部环境提供射频电磁场；打开脉冲激光光源并输出一个高强度的激光脉冲，激光脉冲经过聚焦后形成一个高功率密度的光斑并打在靶材的表面；脉冲激光光斑到达靶材表面后的瞬间，靶材表面产生激光等离子体并为离子源系统内部提供种子电荷；在脉冲激光光源输出高强度激光脉冲后的瞬间，离子源系统内部的射频等离子被引发。在本专利技术方法中，当气压较低，种子电荷数量少导致射频等离子体的产生变得困难时，利用高功率密度激光光斑照射气体环境中的材料的方式来提供种子电荷，增加气体环境中种子电荷的数量，从而使低气压环境下射频等离子体的产生变得容易。由于采用上述技术方案，本专利技术提供的一种在低气压环境下用激光诱导激发射频等离子体的方法具有这样的有益效果：本专利技术利用聚焦后的强脉冲激光光束与靶材相互作用产生种子电荷，从而引发低气压环境下的射频等离子体放电。本专利技术在低气压环境下引入射频电磁场，随后利用聚焦后的强脉冲激光束照射放置于离子源内部的靶材，在激光束照射靶材的瞬间，射频等离子体被引发。附图说明图1是本专利技术实施例低气压环境下激光诱导射频等离子体技术路线示意图；其中：1、脉冲激光光源，2、腔体，3、凸透镜，4、样品台，5、靶材，6、离子源系统，7、送气系统，8、射频供电系统，9、抽气系统，10、气压检测系统，11、光路。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述：一种在低气压环境下用激光诱导激发射频等离子体的方法，如图1所示，该方法采用的硬件设备包括脉冲激光光源1、腔体2、凸透镜3、样品台4、靶材5、离子源系统6、送气系统7、射频供电系统8、抽气系统9和气压检测系统10；所述的脉冲激光光源1用于输出高强度脉冲激光；所述的腔体2提供低气压环境；所述的离子源系统6与所述的腔体2连接，用于提供气体的放电环境；离子源系统6中的气压与腔体2中的气压接近；离子源系统6与送气系统7连接，送气系统7为离子源系统6内部环境提供流强可控制的气体；所述的样品台4放置于离子源系统6中，用于安装靶材5以及控制靶材5的位置；所述的靶材5安装于所述的样品台4上，所述的靶材5位置须在所述的脉冲激光光源1输出激光的光路11上，并处于凸透镜3的焦点附近；靶材5的位置可以通过调节样品台4来控制，靶材5的位置满足靶材5表面可以被聚焦后的激光高功率密度光斑照射；所述的送气系统7与所述的离子源系统6连接，为所述的离子源系统6的内部环境提供气体；所述的射频供电系统8与所述的离子源系统6连接，为离子源系统6的内部环境提供功率可调节的射频电磁场；所述的抽气系统9与所述的腔体2连接，用于创造所述的腔体2以及所述的离子源系统6内部的低气压环境；所述的气压检测系统10与所述的腔体2连接，用于检测所述的腔体2以及所述的离子源系统6内部环境的气压值；靶材5位置须在所述的脉冲激光光源1输出激光的光路11上，并处于凸透镜3的焦点附近；该方法具体包括如下内容：当离子源系统6中气体的气压值低于1Pa，产生射频等离子体困难时，利用脉冲激光束轰击离子源系统6中的靶材5，以此提高离子源内部种子电荷的密度，从而引发射频等离子体；首先打开抽气系统9，观察气压检测系统10，腔体中具有较高真空度后打开送气系统7为离子源系统6提供需要产生等离子体的气体，调节送气系统7输出气体的流强使离子源系统6以及腔体2内部的气压达到所需值。打开供电系统8为离子源系统6内部环境提供射频电磁场；此时，对于低气压下点火较困难的气体，当离子源系统6中的气压值低于一定值时，种子电荷过少导致射频等离子体很难被引发；打开脉冲激光光源1并输出一个高强度的激光脉冲；激光脉冲经过聚焦后形成一个高功率密度的光斑并打在靶材5表面；脉冲激光光斑到达靶材5表面后的瞬间，靶材5表面产生激光等离子体并为离子源系统6内部提供种子电荷；脉冲激光光源1输出高强度激光脉冲后的瞬间，离子源系统6内部的射频等离子被引发。以上所述，仅为本专利技术较佳的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术披露的技术范围内，根据专利技术的技术方案及其专利技术构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在低气压环境下用激光诱导激发射频等离子体的方法，其特征在于：该方法采用的硬件设备包括脉冲激光光源、凸透镜、靶材、离子源系统和射频供电系统；所述的凸透镜用于聚焦所述的脉冲激光光源输出的高强度脉冲激光；所述的离子源系统用于提供气体的放电环境；所述的射频供电系统为所述离子源系统的内部环境提供功率可调节的射频电磁场；所述的靶材置于所述离子源系统中，且其位置须在所述的脉冲激光光源输出激光的光路上，并处于所述凸透镜的焦点附近；该方法具体包括如下内容：当离子源系统中气体的气压值低于1Pa，产生射频等离子体困难时，利用脉冲激光束轰击离子源系统中的靶材，以此提高离子源内部种子电荷的密度，从而引发射频等离子体；首先打开抽气系统，通过观察气压检测系统，使离子源系统具有较高真空度后，打开送气系统为离子源系统提供需要产生等离子体的气体，调节送气系统输出气体的流强使离子源系统内部的气压达到所需值；打开供电系统为离子源系统内部环境提供射频电磁场；打开脉冲激光光源并输出一个高强度的激光脉冲，激光脉冲经过聚焦后形成一个高功率密度的光斑并打在靶材的表面；脉冲激光光斑到达靶材表面后的瞬间，靶材表面产生激光等离子体并为离子源系统内部提供种子电荷；在脉冲激光光源输出高强度激光脉冲后的瞬间，离子源系统内部的射频等离子被引发。...

【技术特征摘要】
1.一种在低气压环境下用激光诱导激发射频等离子体的方法，其特征在于：该方法采用的硬件设备包括脉冲激光光源、凸透镜、靶材、离子源系统和射频供电系统；所述的凸透镜用于聚焦所述的脉冲激光光源输出的高强度脉冲激光；所述的离子源系统用于提供气体的放电环境；所述的射频供电系统为所述离子源系统的内部环境提供功率可调节的射频电磁场；所述的靶材置于所述离子源系统中，且其位置须在所述的脉冲激光光源输出激光的光路上，并处于所述凸透镜的焦点附近；该方法具体包括如下内容：当离子源系统中气体的气压值低于1Pa，产生射频等离子体困难时，利用脉冲激光束轰击离子源系统中的靶材，以此提高离子源内部种子电荷的密度，从而引发射频等离子体；首先打开抽气系统，通过观察气压检测系统，使离子源系统具有较高真空度后，打开送气系统为离子源系统提供需要产生等离子体的气体，调节送气系统输出气体的流强使离子源系统内部的气压达到所需值；打开供电系统为离子源系统内部环境提供射频电磁场；打开脉冲激光光源并输出一个高强度的激光脉冲，激光脉冲经过聚焦后形成一个高功率密度的光斑并打在靶材的表面；脉冲激光光斑到达靶材表面后的瞬间，靶材表面产生激光等...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘东平，闫伟斌，雷光玖，
申请(专利权)人：大连民族大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21