角向速度连续可调的等离子体射流源及该射流源的使用方法，涉及一种等离子体射流源。它是为了解决现有等离子体射流源角向速度不能够连续可调，且达不到高密度、高角向速度的问题。本发明专利技术所述的角向速度连续可调的等离子体射流源及该射流源的使用方法，把传统的圆柱形霍尔等离子体射流源改进为圆环形，并在该圆环形霍尔等离子体射流源基础上增加角向加速器，保证了高角向速度；同时电源给励磁线圈电流能够生成磁通，通过改变励磁线圈电流的大小和方向能够使霍尔等离子体射流源和角向加速器通道内的磁场连续可调。本发明专利技术所述的角向速度连续可调的等离子体射流源及该射流源的使用方法，对等离子体质量分离器等多种工程设备的研制具有重要的意义。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，涉及一种等离子体射流源。它是为了解决现有等离子体射流源角向速度不能够连续可调，且达不到高密度、高角向速度的问题。本专利技术所述的，把传统的圆柱形霍尔等离子体射流源改进为圆环形，并在该圆环形霍尔等离子体射流源基础上增加角向加速器，保证了高角向速度；同时电源给励磁线圈电流能够生成磁通，通过改变励磁线圈电流的大小和方向能够使霍尔等离子体射流源和角向加速器通道内的磁场连续可调。本专利技术所述的，对等离子体质量分离器等多种工程设备的研制具有重要的意义。【专利说明】
本专利技术涉及一种等离子体射流源。
技术介绍
等离子体是由大量相互作用但处于非束缚状态下的带电粒子组成的非凝聚系统，根据物理性质，等离子体分为高温等离子体与低温等离子体两类。低温等离子体电子温度很高，但重粒子温度很低，整个体系呈现低温状态，所以称为低温等离子体，也叫非平衡态等离子体。低温等离子体在基础工业和高科技领域，如薄膜沉积、材料表面改性、超细微粉制备、等离子体化学合成与分解等方面的广泛应用促进了对等离子体源的强烈需求。其中，基于霍尔效应的新型等离子体源能产生高密度高速度的低温等离子体射流，因此被称为霍尔等离子体射流源，并以其高效率、低耗能的优点成为了低温等离子体源的研究热点。霍尔等离子体射流源是中空共轴的，由阳极、阴极、待电离气体分配器、通道套筒及磁路组成，其基本结构如图1所示，通道内的磁场由内外线圈或永磁铁产生。霍尔等离子体射流源工作原理为:分别将两个半径不同的陶瓷套管固定在同一轴线上组成了具有环形结构的等离子放电通道。内外励磁线圈和磁极将在通道内产生磁场，正常工作状态下通道内磁场方向主要沿通道半径方向。在径向磁场的条件下，阳极和阴极之间的放电等离子体在通道内将产生自洽的轴向电场，这样，环形通道内将形成正交的电磁场，阴极发射出来进入通道的电子在正交的电磁场作用下将形成角向漂移(β X §方向)，也称霍尔漂移，大量电子在环形通道内的漂移运动形成了霍尔电流。另一方面待电离气体通过气体分配器进入通道，与电子相互作用电离成离子，然后被电场加速喷出。喷出的离子流与阴极释放出的一部分电子进行中和形成等离子体射流。中性的等离子体射流不会引起空间电荷效应。现有的霍尔等离子体射流源喷出的等离子体射流只有轴向速度和径向速度，角向速度很小，然而在很多领域要求射流具有较大角向速度，如等离子体质量分离，因此设计一种能产生角向速度连续可调的等离子体射流的装置具有重大的应用价值。然而构建出符合工程要求的角向速度连续可调新型等离子体射流源难度很大。
技术实现思路
本专利技术是为了解决构建角向速度连续可调等离子体射流源难度很大，现有等离子体射流源角向速度不能够连续可调，且达不到高密度、高角向速度的问题，现提供。角向速度连续可调的等离子体射流源，它包括:霍尔等离子体射流源和角向加速器；霍尔等离子体射流源为圆环形；角向加速器包括:加速器外壳、加速器外励磁线圈、加速器外磁极、加速器内励磁线圈、加速器内磁极、加速器铁芯和加速器底板；加速器外壳为圆筒形，加速器外励磁线圈、加速器外磁极和加速器内励磁线圈均为圆环形，加速器内磁极和加速器底板均为圆形，加速器铁芯为圆柱形；加速器外壳和加速器铁芯的长度相等，加速器外壳的外径、加速器外磁极的外径和加速器底板的直径均相等，加速器内励磁线圈的外径和加速器内磁极的直径相等，加速器外励磁线圈的内径和加速器外磁极的内径相等，加速器外励磁线圈的内径大于加速器内励磁线圈的外径；加速器底板固定在加速器外壳的一端，加速器外磁极固定在外壳的另一端，圆柱形加速器铁芯的一端固定在加速器底板上，加速器内磁极固定在圆柱形加速器铁芯的另一端，加速器内励磁线圈套固在圆柱形加速器铁芯外侧，且该加速器内励磁线圈与加速器内磁极紧密配合，加速器外励磁线圈套在加速器内励磁线圈外侧，该加速器外励磁线圈嵌固在加速器外壳内侧壁上，且该加速器外励磁线圈与加速器外磁极紧密配合；加速器外壳、加速器外励磁线圈、加速器外磁极、加速器内励磁线圈、加速器内磁极、加速器铁芯和加速器底板均同轴；加速器外磁极和加速器内磁极之间的空隙为角向加速器的圆环形通道；霍尔等离子体射流源套在加速器铁芯外侧，且霍尔等离子体射流源位于加速器外壳和圆柱形加速器铁芯的空隙之间。上述角向速度连续可调的等离子体射流源的使用方法，该方法包括以下步骤:步骤一:对霍尔等离子体射流源的射流源外励磁线圈和射流源内励磁线圈通电，霍尔等离子体射流源中产生等离子体射流；同时对角向加速器的加速器外励磁线圈和加速器内励磁线圈通电，角向加速器的磁通道内获得径向磁场，从而获得具有角向速度的带电粒子；步骤二:调节对角向加速器的加速器外励磁线圈和加速器内励磁线圈施加电流的大小，获得磁通密度在O高斯至10000高斯的范围内连续可调的径向磁场，从而获得角向速度在Okm/s至10km/s的范围内连续可调的具有角向速度的带电粒子。本专利技术所述的，把传统的圆柱形霍尔等离子体射流源改进为圆环形，并在该圆环形霍尔等离子体射流源基础上增加角向加速器；同时电源给励磁线圈电流能够生成磁通，通过改变励磁线圈电流的大小和方向可以实现圆环霍尔等离子体射流源和角向加速器通道内的磁场在O高斯至10000高斯(IT)的范围内连续可调，角向速度在Okm/s至10km/S的范围内连续可调；且工作区外3cm的磁通密度能够迅速减小到通道内磁通密度的30 %以内，且角向加速器通道内的径向磁通密度非均匀度在20%以内，轴向和角向磁通密度不到轴向分量的10%，因此就能够使霍尔等离子体射流源发射的带电粒子获得角向速度，同时磁场可调，那么角向速度就可调。角向加速器运行和不运行时，圆环霍尔等离子体射流源通道内磁场位形几乎没有改变；角向加速器运行时霍尔等离子体射流源通道内磁场下降，这样可以通过加大霍尔等离子体射流源线圈电流进行补偿。本专利技术所述的，结构简单、易加工、寿命长，对等离子体质量分离器等多种工程设备的研制具有重要的意义。【专利附图】【附图说明】图1是传统圆柱形霍尔等离子体射流源的剖视图；图2是【具体实施方式】一中所述的霍尔等离子体射流源的剖视图；图3是【具体实施方式】一中所述的角向加速器的剖视图；图4是【具体实施方式】一中所述的角向速度连续可调的等离子体射流源的剖视图；图5是角向加速器不运行时，即角向加速器没有磁场时，霍尔等离子体射流源通道内及附近磁场径向、角向及轴向的磁通密度位形曲线图，图中曲线BXl为磁通密度的轴向分量曲线，曲线BYl为径向分量曲线和曲线BZl为角向分量曲线；图6是角向加速器运行时，即角向加速器有磁场时，霍尔等离子体射流源通道内及附近磁场径向、角向及轴向的磁通密度位形曲线图，图中曲线BX2为磁通密度的轴向分量曲线，曲线BY2为径向分量曲线和曲线BZ2为角向分量曲线；图7是角向加速器运行时，霍尔等离子体射流源通道内及附近径向、角向及轴向的磁通密度位形曲线图，图中曲线BX3为磁通密度的轴向分量曲线，曲线BY3为径向分量曲线和曲线BZ3为角向分量曲线。【具体实施方式】【具体实施方式】一:参照图2、图3和图4具体说明本实施方式，本实施方式所述的角向速度连续可调的等离子体射流源，它包括:霍尔等离子体射流源和角向加速器；霍尔等离子体射流源为圆环形；角向加速器包括:加速器外壳8、加速器本文档来自技高网...
【技术保护点】
角向速度连续可调的等离子体射流源，其特征在于，它包括：霍尔等离子体射流源和角向加速器；霍尔等离子体射流源为圆环形；角向加速器包括：加速器外壳(8)、一号加速器外励磁线圈(9)、加速器外磁极(10)、二号加速器外励磁线圈(11)、加速器内磁极(12)、加速器铁芯(13)和加速器底板(14)；加速器外壳(8)为圆筒形，一号加速器外励磁线圈(9)、加速器外磁极(10)和二号加速器外励磁线圈(11)均为圆环形，加速器内磁极(12)和加速器底板(14)均为圆形，加速器铁芯(13)为圆柱形；加速器外壳(8)和加速器铁芯(13)的长度相等，加速器外壳(8)的外径、加速器外磁极(10)的外径和加速器底板(14)的直径均相等，二号加速器外励磁线圈(11)的外径和加速器内磁极(12)的直径相等，一号加速器外励磁线圈(9)的内径和加速器外磁极(10)的内径相等，一号加速器外励磁线圈(9)的内径大于二号加速器外励磁线圈(11)的外径；加速器底板(14)固定在加速器外壳(8)的一端，加速器外磁极(10)固定在外壳(8)的另一端，圆柱形加速器铁芯(13)的一端固定在加速器底板(14)上，加速器内磁极(12)固定在圆柱形加速器铁芯(13)的另一端，二号加速器外励磁线圈(11)套固在圆柱形加速器铁芯(13)外侧，且该二号加速器外励磁线圈(11)与加速器内磁极(12)紧密配合，一号加速器外励磁线圈(9)套在二号加速器外励磁线圈(11)外侧，该一号加速器外励磁线圈(9)嵌固在加速器外壳(8)内侧壁上，且该一号加速器外励磁线圈(9)与加速器外磁极(10)紧密配合；加速器外壳(8)、一号加速器外励磁线圈(9)、加速器外磁极(10)、二号加速器外励磁线圈(11)、加速器内磁极(12)、加速器铁芯(13)和加速器底板(14)均同轴；加速器外磁极(10)和加速器内磁极(12)之间的空隙为角向加速器的圆环形通道；霍尔等离子体射流源套在加速器铁芯(13)外侧，且霍尔等离子体射流源位于加速器外壳(8)和圆柱形加速器铁芯(13)的空隙之间。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：江滨浩，王振宇，王春生，张仲麟，高啸天，李传雨，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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