一种多通道大面积高密度直流电弧等离子体源制造技术

本发明专利技术提供一种多通道大面积高密度直流电弧等离子体源，包括：阴极、阴极座、阳极和级联片单元，阴极固定于阴极座上，级联片单元设置在阴极座与阳极之间，级联片单元包括多个平行叠置的级联片；阴极座与级联片之间，相邻级联片之间，级联片与阳极间设置有绝缘件和真空密封橡胶圈；阴极座、级联片和阳极分别设置有七个通孔构成放电通道。本发明专利技术的放电通道产生的大面积高密度等离子体束流能用于等离子体与物质相互作用的科学研究及工业应用，特别是用于辐照大尺寸的聚变材料或装置部件。放电通道都能独立控制，调节不同通道的放电参数改变等离子体参数及束流的空间分布，能满足科学研究和工业应用，以及聚变堆中不同位置部件的模拟辐照实验条件。拟辐照实验条件。拟辐照实验条件。

【技术实现步骤摘要】
一种多通道大面积高密度直流电弧等离子体源


[0001]本专利技术涉及等离子体物理及应用科学研究领域，尤其涉及一种多通道大面积高密度直流电弧等离子体源。

技术介绍

[0002]面对全球能源消费趋势，磁约束核聚变被视为未来解决能源问题的重要途径。在磁约束核聚变装置中，第一壁会与边界等离子体发生相互作用(PWI)，其中边界等离子体的束流密度可高达～10
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‑1，这导致PWI过程具有复杂的物理和化学过程。受限于应用聚变装置进行PWI实验成本很高、效率较低的问题，在实验室内产生与边界等离子体参数类似的等离子体对壁材料进行辐照是目前研究PWI过程的常用手段。
[0003]目前研究PWI过程的直线等离子体装置中，级联弧等离子体源是一种被广泛认可的等离子体源，具有以下几个优点：(1)结构简单，放电稳定，可以稳态放电数小时；(2)可以产生高密度等离子体，束流密度与托卡马克边界等离子体参数相当；(3)放电所需的直流电源技术成熟，成本低。
[0004]现有的级联弧等离子体源普遍辐照面积小或仅在一维截面空间加长(例如专利201910192042所示)，对大尺寸的聚变材料或结构复杂的装置部件不能进行二维截面空间均匀的辐照实验，而且单通道等离子体源不能根据聚变堆实际情况产生特定空间分布的等离子体束流。因此，一种能够在二维截面产生大面积高密度等离子体并且可以调节束流参数及空间分布的等离子体源成为进行PWI实验的迫切需要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，针对现有的级联弧等离子体源普遍辐照面积小或仅在一维截面空间加长上述对大尺寸的聚变材料或结构复杂的装置部件不能进行二维截面空间均匀的辐照实验，而且单通道等离子体源不能根据聚变堆实际情况产生特定空间分布的等离子体束流的问题，提出一种多通道大面积高密度直流电弧等离子体源，该等离子体源能够在二维截面产生大面积高密度等离子体，并且可以调节束流参数及空间分布。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种多通道大面积高密度直流电弧等离子体源，包括：阴极1、阴极座2、阳极4和级联片单元3，所述阴极1固定于阴极座2上，阴极1的一端由阴极座2密封；所述级联片单元3设置在阴极座2与阳极4之间，所述级联片单元3包括多个平行叠置的级联片；所述阴极座2与级联片之间，相邻级联片之间，级联片与阳极4间设置有绝缘件和真空密封橡胶圈；所述阴极座、级联片和阳极分别配合的设置有多个通孔，每个通孔与阴极1连通，构成放电通道，每个放电通道具有独立的进气通道。
[0007]进一步地，所述级联片单元3包括3
‑
9个平行设置的级联片。
[0008]进一步地，所述阴极1由纯钨或其合金制成，纯钨或其合金外由不锈钢外壳密封。
[0009]进一步地，所述阴极座2、级联片和阳极4的材料为铜或钢，放电通道内与等离子体接触处材料为钨、钼或其合金。
[0010]进一步地，所述绝缘件材料为绝缘陶瓷或聚四氟乙烯。
[0011]进一步地，所述阴极座2和级联片的通孔形状为圆柱形，尺寸为直径3
‑
10mm；所述阳极4为开口逐渐增大的喇叭形。
[0012]进一步地，所述放电通道为5
‑
15个，多个放电通道均布在阴极座2、级联片和阳极4上；例如当所述放电通道为7个时，所述阴极座2、级联片和阳极4上的七个放电通道为点
‑
圆分布，即周围六个通道分别位于一正六边形的六个顶点，中心通道位于此六边形的中心(满足D6h点阵对称性)，六边形的外接圆直径为100
‑
300mm。
[0013]进一步地，所述阴极座2、级联片和阳极4内部设置水冷通道，每个部件的水冷通道彼此独立。
[0014]进一步地，所述每个放电通道在靠近阴极位置分别具有独立的进气管道，工作气体由此通入。
[0015]本专利技术七通道直流级联弧等离子体源，与现有技术相比较具有以下优点：
[0016]本专利技术七通道直流级联弧等离子体源采用空间上高度对称分布的放电通道，产生的等离子体束能够均匀的融合为一束大面积高密度等离子体束流，可以用于辐照大面积样品。
[0017]本专利技术七通道直流级联弧等离子体源的每个放电通道均采用小尺寸的圆形通道，小尺寸圆形通道可以有效地约束放电产生的电弧，保证每个通道可以长时间稳定地产生均匀的等离子体束流。
[0018]本专利技术所述装置的每个放电通道均可以被独立控制产生等离子体束流，可以根据实验要求调节不同通道的放电功率和工作气体参数，改变等离子体束流的空间分布，可以满足聚变堆中不同位置部件的模拟辐照实验条件。
附图说明
[0019]图1为七通道直流级联弧等离子体源的结构示意图；
[0020]图2为七通道直流级联弧等离子体源的局部剖视图。
[0021]附图标记说明：1、阴极；2、阴极座；3、级联片单元；4、阳极；5、密封橡胶圈；6、绝缘陶瓷片；7、水冷通道。
具体实施方式
[0022]以下结合实施例对本专利技术进一步说明：
[0023]实施例1
[0024]本实施例公开了一种七通道直流级联弧等离子体源，如图1
‑
2所示，包括：7个阴极1、阴极座2、级联片单元3和阳极4。
[0025]如图1和图2所示，所述七根阴极1分别固定在阴极座2上，阴极座固定阴极的同时还具有密封的功能。所述阴极座七个通道具有独立的进气通道，用于通入工作气体。所述级联片单元3固定于阴极座2和阳极4之间。所述级联片单元3包括多个平行设置的级联片。所述级联片单元3、阴极座2、阳极4上均具有七个圆孔作为放电通道，周围六个通道分别位于一正六边形的六个顶点，中心通道位于此六边形的中心。所述阴极座与级联片之间，相邻级联片之间，级联片与阳极之间设置有绝缘陶瓷6与密封橡胶圈5，用来保证阴极座2、级联片3
和阳极4间彼此绝缘和真空密封性。
[0026]应用时，首先通过进气管道向放电通道内通入工作气体(以高纯氩气为例)，然后向水冷通道7中通入冷却水，最后开启直流电源，在阴极和阳极高频引弧，引弧结束后，维持直流电源输出电流即可保持等离子体源产生稳定等离子体束流。
[0027]本实施例的七通道直流级联弧等离子体源集成了高度对称的七个放电通道，能够长时间稳定产生大面积高密度等离子体束流，可以用于等离子体与物质相互作用的科学研究及工业应用，特别是用于辐照大尺寸的聚变材料或装置部件。同时，本专利技术的七通道直流级联弧等离子体源的每个放电通道都可以进行独立控制，通过调节不同通道的放电参数改变等离子体参数及束流的空间分布，可以满足科学研究和工业应用，以及聚变堆中不同位置部件的模拟辐照实验条件。
[0028]最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本专利技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本专利技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多通道大面积高密度直流电弧等离子体源，其特征在于，包括：阴极、阴极座、阳极和级联片单元，所述阴极固定于阴极座上，所述级联片单元设置在阴极座与阳极之间，所述级联片单元包括多个平行叠置的级联片；所述阴极座与级联片之间，相邻级联片之间，级联片与阳极间设置有绝缘件和真空密封橡胶圈；所述阴极座、级联片和阳极分别配合的设置有多个通孔，每个通孔与阴极1连通，构成放电通道，每个放电通道具有独立的进气通道。2.根据权利要求1所述多通道大面积高密度直流电弧等离子体源，其特征在于，所述级联片单元包括3
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9个平行设置的级联片。3.根据权利要求1所述多通道大面积高密度直流电弧等离子体源，其特征在于，所述阴极为由纯钨或其合金制成，纯钨或其合金外由不锈钢外壳密封。4.根据权利要求1所述多通道大面积高密度直流电弧等离子体源，其特征在于，所述阴极座、级联片和阳极的材料为铜或钢，...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁洪斌，石劼霖，李裕，王勇，李聪，冯春雷，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：