多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置及其应用系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置及其应用系统，通过优化现有等离子体磁约束中的磁场分布，实现增强激光诱导击穿光谱信号的目的。该装置中一对托板相应的两个环形磁铁同轴设置并形成均匀磁场；环形磁铁的轴心方向与一对背向设置的“L”型构件的对称中心轴向、一对托板的排列方向均为同一方向；“L”型构件由不锈钢材质制成，其竖直部面向对称中心均开设有凹槽，环形磁铁周向上的两端被相应一对竖直部的凹槽的底部共同限位，环形磁铁的环形表面与相应一对竖直部的凹槽的同一侧侧壁在磁力作用下紧贴固定形成轴向上的限位。该装置结构简易，灵活可调，使用简便，应用范围广，制作成本低。

Multi function ring magnet array laser plasma confinement device and its application system

The invention provides a multi-functional ring magnet array laser plasma confinement device and its application system. By optimizing the magnetic field distribution in the existing plasma magnetic confinement, the purpose of enhancing the laser-induced breakdown spectrum signal is realized. In the device, two ring magnets corresponding to a pair of brackets are coaxially arranged to form a uniform magnetic field; the axis direction of the ring magnet is the same as that of the symmetrical center axis of a pair of \L\ type components set backward, and the arrangement direction of a pair of brackets; the \L\ type component is made of stainless steel, and its vertical part faces the symmetrical center. There are grooves in the ring magnet. The two ends of the ring magnet circumferentially upward are jointly limited by the bottom of the corresponding pair of grooves in the vertical part. The ring surface of the ring magnet and the same side wall of the corresponding pair of grooves in the vertical part are fixed tightly under the action of magnetic force to form the axial limit. The device has the advantages of simple structure, flexible adjustment, simple operation, wide application range and low production cost.

【技术实现步骤摘要】
多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置及其应用系统
本专利技术属于光谱检测与分析领域，涉及激光诱导击穿光谱技术，具体涉及一种磁场约束激光等离子体的光谱分析实施装置及其方法。
技术介绍
激光诱导击穿光谱(LaserInducedBreakdownSpectroscopy,LIBS)技术是一种新型的原子光谱分析技术。由于该技术具有现场原位分析、多元素同时分析和无需对样品进行复杂预处理等优势，在定性识别和定量检测方面都有重要的应用，该技术现已被广泛用于石油、地质、材料、法医、考古、冶金、环境监测、生物医药、深空深海探测，以及国防和军事等众多领域。然而，LIBS技术与其他光谱检测技术相比探测灵敏度较低且检测限较高，因此，增强LIBS的信号强度、提高LIBS技术的检测灵敏度成为了推动LIBS技术发展的重要研究方向。磁场约束增强等离子光谱技术通过施加适当强度的磁场限制等离子体的自由膨胀，从而实现增强等离子体光谱强度的目的，该增强技术在激光脉冲、薄膜沉积、航天器推进、太阳风演化、惯性约束聚变等领域都有着重大应用价值。当前针对磁约束增强激光等离子体的研究方案通常包括两种：1.通过在脉冲激光束轴线的垂直方向上放置一对条形磁铁进而约束激光等离子体的膨胀，此时建立的均匀磁场方向与脉冲激光方向垂直；2.通过在样品表面上放置环形磁铁，使脉冲激光沿环形磁铁中心线方向接触样品产生等离子体，利用单个环形磁铁所形成的局域磁场，达到约束等离子体自由扩散的目的。以上两种方案虽然都在一定程度上实现了等离子体的磁约束效果，但是仍然存在一些问题：其一，前一种(使用一对条形磁铁方式)的激光方向只能与磁场方向垂直，后一种(使用一个环形磁铁方式)的激光方向只能与磁场方向平行，这就给实验对比研究以及进一步的磁约束优化带来了很大的限制；其二，相比于施加一对条形磁铁对等离子体的一维磁约束，单一环形磁铁所建立的磁场虽然对等离子体的约束维度更多，但是其中心处均匀磁场空间更小，这对磁场强度检测和等离子体的约束稳定性都带来了不利影响。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置及其应用系统，装置结构简易，灵活可调，使用简便，通过优化现有等离子体磁约束中的磁场分布，实现增强激光诱导击穿光谱信号的目的。本专利技术的解决方案如下：该多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置，包括底板和固定安装于底板上的一对托板，每个托板上固定安装有一对“L”型构件，每个托板上位于相应一对“L”型构件之间设置有一个环形磁铁；一对托板相应的两个环形磁铁同轴设置，两个环形磁铁之间形成均匀磁场；环形磁铁的轴心方向与所述一对“L”型构件的对称中心轴向、所述一对托板的排列方向均为同一方向；“L”型构件由不锈钢材质制成，其水平部与托板和底板平行，竖直部与托板垂直；所述一对“L”型构件彼此背向设置，即竖直部处于对称中心的近端、水平部处于对称中心的远端；竖直部面向对称中心均开设有凹槽，环形磁铁周向上的两端被相应一对竖直部的凹槽的底部共同限位，环形磁铁的环形表面与相应一对竖直部的凹槽的同一侧侧壁在磁力作用下紧贴固定形成轴向上的限位。基于以上方案，本专利技术还进一步作了如下优化：每个“L”型构件与相应托板之间、每个托板与底板之间均以位置可调的结构固定安装。每个“L”型构件与相应托板之间、每个托板与底板之间均采用螺纹连接固定，而且：每个“L”型构件的水平部开设有竖直贯通的第一条形安装孔，第一条形安装孔的长度方向与环形磁铁轴心的方向垂直；相应的，在托板上沿同一直线设置有位于第一条形安装孔范围内的若干个螺纹盲孔，用以根据需要沿环形磁铁径向调节“L”型构件在托板上的位置；每个托板上开设有竖直贯通的第二条形安装孔，第二条形安装孔位于这一对托板排列方向的中心线上，其长度方向即这一对托板排列方向的中心线所在方向；相应的，在底板上沿同一直线设置有位于第二条形安装孔范围内的若干个螺纹孔，用以根据需要沿环形磁铁轴向调节托板在底板上的位置。每个“L”型构件通过两个螺钉与相应托板固定连接，每个托板通过两个螺钉与底板固定连接。所述凹槽的两侧壁厚不等，厚度大的一侧靠近两个环形磁铁的整体中心用于对抗两个环形磁铁之间的吸引力。所述凹槽的深度为3mm-10mm，宽度为5mm-25mm。所述环形磁铁的内径D1为10-50mm，外径D2不大于150mm，厚度d为10-30mm；均匀磁场B为3000-30000高斯，且两个环形磁铁的间距不大于0.5D2。以下给出三种应用上述多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置的系统。第一种：在所述两个环形磁铁的对称中心处设置样品，脉冲激光沿垂直于环形磁铁轴心的方向射入两个环形磁铁之间形成的磁腔，进而烧蚀样品使其瞬间气化形成等离子体，通过更换磁铁形态和调节相对位置，实现约束等离子体的效果。第二种：在所述两个环形磁铁的对称中心处设置样品，脉冲激光沿环形磁铁轴心的方向射入两个环形磁铁之间形成的磁腔，进而烧蚀样品使其瞬间气化形成等离子体，通过更换磁铁形态和调节相对位置，实现约束等离子体的效果。第三种：在所述两个环形磁铁的对称中心处设置样品，有两路脉冲激光，其中一路脉冲激光沿垂直于环形磁铁轴心的方向射入两个环形磁铁之间形成的磁腔，另一路脉冲激光沿环形磁铁轴心的方向射入磁腔，两路脉冲激光依次或共同烧蚀样品使其瞬间气化形成等离子体，通过更换磁铁形态和调节相对位置，实现约束等离子体的效果。本专利技术与现有技术相比，具有以下技术效果：1.解决了原有磁约束中脉冲激光入射方式单一的问题。在现有激光等离子体磁约束方法中，若用一对条形磁铁进行磁场约束，则脉冲激光方向只能垂直于两磁铁中心线，此时脉冲激光方向与磁场方向垂直，等离子体只受到磁场的一维约束；若用单一环形磁铁进行磁场约束，则脉冲激光只能沿磁铁轴线方向，脉冲激光方向与磁场方向平行，此时等离子体受到磁场的多维约束。无论用以上哪种方法，磁约束方案确定后脉冲激光方向都是单一的。而此专利技术中提出的环形磁铁阵列约束方法包括了以上两种激光入射方式，其脉冲激光方向与磁场方向既可以垂直也可以平行，该方法能够使激光等离子体在一维约束和多维约束之间的灵活调节，为进一步研究激光等离子体在磁场中的行为演变规律提供多样性的实施方案。2.克服了目前均匀磁场空间不足的难题。环形磁铁相较于条形磁铁其优势在于激光可通过环形磁铁的中心孔对样品进行激发，此时激光平行于磁场入射使得等离子体中沿激光束径向加速运动的自由电子受到洛伦兹力的作用，实现激光等离子体的多维磁约束效果。而在目前的激光等离子体磁约束装置中，只用到了单个环形磁铁，虽然在中心孔内激发样品依然可以实现等离子体的多维约束效果，但是受中心孔的尺寸限制，磁腔内的磁场分布不均匀，增加了磁场强度的测试难度，降低了磁场测试的准确性；其次环形磁铁孔内所激发的等离子体因为受到孔壁限制还会出现空间约束效应，这给等离子体磁约束研究带了较大的干扰。本专利技术突破性地采用了环形磁铁阵列方法，即用一对环形磁铁实现激光等离子体的磁约束目的。该方法不仅扩大了磁腔内的均匀磁场空间，并且排除了空间限制在等离子体膨胀是所带来的空间约束影响，大大优化了现有等离子磁约束技术中的磁场分布方式。3.实施装置灵活可调，使用简便。在激光等离子体的磁约束方法中，环形磁铁间的磁场强度通常本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置，其特征在于，包括底板和固定安装于底板上的一对托板，每个托板上固定安装有一对“L”型构件，每个托板上位于相应一对“L”型构件之间设置有一个环形磁铁；一对托板相应的两个环形磁铁同轴设置，两个环形磁铁之间形成均匀磁场；环形磁铁的轴心方向与所述一对“L”型构件的对称中心轴向、所述一对托板的排列方向均为同一方向；“L”型构件由不锈钢材质制成，其水平部与托板和底板平行，竖直部与托板垂直；所述一对“L”型构件彼此背向设置，即竖直部处于对称中心的近端、水平部处于对称中心的远端；竖直部面向对称中心均开设有凹槽，环形磁铁周向上的两端被相应一对竖直部的凹槽的底部共同限位，环形磁铁的环形表面与相应一对竖直部的凹槽的同一侧侧壁在磁力作用下紧贴固定形成轴向上的限位。

【技术特征摘要】
1.多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置，其特征在于，包括底板和固定安装于底板上的一对托板，每个托板上固定安装有一对“L”型构件，每个托板上位于相应一对“L”型构件之间设置有一个环形磁铁；一对托板相应的两个环形磁铁同轴设置，两个环形磁铁之间形成均匀磁场；环形磁铁的轴心方向与所述一对“L”型构件的对称中心轴向、所述一对托板的排列方向均为同一方向；“L”型构件由不锈钢材质制成，其水平部与托板和底板平行，竖直部与托板垂直；所述一对“L”型构件彼此背向设置，即竖直部处于对称中心的近端、水平部处于对称中心的远端；竖直部面向对称中心均开设有凹槽，环形磁铁周向上的两端被相应一对竖直部的凹槽的底部共同限位，环形磁铁的环形表面与相应一对竖直部的凹槽的同一侧侧壁在磁力作用下紧贴固定形成轴向上的限位。2.根据权利要求1所述的多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置，其特征在于：每个“L”型构件与相应托板之间、每个托板与底板之间均以位置可调的结构固定安装。3.根据权利要求2所述的多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置，其特征在于：每个“L”型构件与相应托板之间、每个托板与底板之间均采用螺纹连接固定，而且：每个“L”型构件的水平部开设有竖直贯通的第一条形安装孔，第一条形安装孔的长度方向与环形磁铁轴心的方向垂直；相应的，在托板上沿同一直线设置有位于第一条形安装孔范围内的若干个螺纹盲孔，用以根据需要沿环形磁铁径向调节“L”型构件在托板上的位置；每个托板上开设有竖直贯通的第二条形安装孔，第二条形安装孔位于这一对托板排列方向的中心线上，其长度方向即这一对托板排列方向的中心线所在方向；相应的，在底板上沿同一直线设置有位于第二条形安装孔范围内的若干个螺纹孔，用以根据需要沿环形磁铁轴向调节托板在底板上的位置。4.根据权利要求3所述的多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置，其特征在于：每个“L”...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤洁，雷冰莹，李静，王静，王屹山，赵卫，段忆翔，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61