一种螺旋波等离子体波-粒能量的调控装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种螺旋波等离子体波

【技术实现步骤摘要】
一种螺旋波等离子体波
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粒能量的调控装置


[0001]本专利技术涉及等离子体产生及应用
，具体涉及一种螺旋波等离子体波
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粒能量的调控装置。

技术介绍

[0002]螺旋波是一种在磁化等离子体中传播的、频率介于离子和电子回旋频率之间(即ωci<ω<ωce)的电磁波。螺旋波放电是利用环绕于绝缘介质放电管外壁的射频驱动天线激发电磁波并发射到等离子体中去，电磁波的能量则通过碰撞或无碰撞阻尼被电子吸收。螺旋波放电电离率高，约束磁场要求低，能够产生高密度等离子体，可实现高真空状态下放电。螺旋波等离子体是是目前低气压，低温等离子体源中密度最高的一个，被看作是下一代高密度等离子体源之一，在材料沉积和刻蚀等领域具有广阔的应用前景。近年来，由于螺旋波等离子体源具有无电极、高比冲的特点，在电推进领域也成为热点。
[0003]国内外正致力于螺旋波等离子体源和推进器相关技术的研究。关于螺旋波等离子体源的加热机制方面，目前仍然充满争议。早期已经报道了无法用螺旋波本身的经典碰撞阻尼来解释螺旋波的高密度和高效率。随着理论和实验的不断深入，目前倾向于认为准静电Trivelpiece
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Gould(TG)模式的吸收机理。然而，强阻尼TG波只能在低磁场下到达等离子体核心，而在高磁场下，它们将能量沉积在等离子体柱的外围。射频功率的一个主要部分通过静电通道传输到等离子体中，因此功率输入在低磁场下是体积，在高磁场下是表面。在此过程中，研究者们对螺旋波(包括H
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型和TG
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型螺旋波)碰撞阻尼吸收能量进行了大量的理论和实验研究，认为高阻尼的TG
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型螺旋波可以吸收相当大的能量。
[0004]对于螺旋波等离子体的功率吸收方式，仍需要考虑在不同的条件下判定TG
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型螺旋波对加热机制的影响，因此如何调控螺旋波等离子体波
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粒能量成为目前亟待解决的一个问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种螺旋波等离子体波
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粒能量的调控装置，能够调控螺旋波，研究不同条件下，TG
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型螺旋波对等离子体加热机制的影响。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案为：
[0007]一种螺旋波等离子体波
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粒能量的调控装置，包括激发天线、放电管、石英柱、磁场线圈、放电电路和扩散管。
[0008]放电管的下端与扩散管连通，构成调控装置的主体结构，工作气体充满主体结构，放电管上端有阀门，控制工作气体的输入；放电管内同轴嵌套石英柱，石英柱的体积完全覆盖H
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型螺旋波的传播空间范围，同时放电管和石英柱的环形间隙的宽度在TG
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型螺旋波的传播范围内；激发天线连接放电电路通电，缠绕紧贴放电管外部侧壁，电离工作气体，产生等离子体，位于环形间隙；磁场线圈非接触式环绕在放电管外围，与直流电源连接，在等离子体处产生螺旋波，加热等离子体。
[0009]进一步的，放电电路包括射频电源和π型射频匹配器，射频电源连接π型射频匹配器，π型射频匹配器连接激发天线。
[0010]进一步的，扩散管侧壁上开有一定数量的阀门和连接柱，阀门连接真空抽气系统，阀门和连接柱连接检测装置；检测装置包括用于检测气压的真空计、用于检测气体温度的热电偶探头、用于检测等离子体光辐射及分布特征的发射光谱仪、用于检测等离子体密度和电子温度的朗缪尔探针。
[0011]进一步的，激发天线为包括单圈天线、盘香型天线、名古屋型天线、半螺旋天线、双半周天线、双马鞍天线和环形天线在内的一种。
[0012]进一步的，放电管和石英柱采用耐高温材料，扩散管采用不锈钢材质。
[0013]有益效果：
[0014]1、本专利技术提出一种螺旋波等离子体波
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粒能量的调控装置，其中：放电管的下端和扩散管连通，构成装置的主体结构；在主体结构上，放电管内置同轴的石英柱，体积足以覆盖H
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型螺旋波的传播和存在范围，同时放电管和石英柱的环形间隙的宽度在TG
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型螺旋波的传播范围内，限定等离子体的能量耦合仅由TG
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型螺旋波实现，形成了螺旋波模式下，波
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粒能量可调控的装置。工作气体通过放电管上端的阀门输入，充满主体结构；缠绕紧贴在放电管侧壁上的激发天线电离工作气体，产生等离子体，存在于石英柱与放电管的环形间隙中，磁场线圈提供磁场，约束等离子体。此时仅存在TG
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型螺旋波，可以改变磁场线圈参数，研究不同条件下TG
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型螺旋波的等离子体加热机制，完成本专利技术目的。
[0015]2、本专利技术的扩散管侧壁开有阀门和接线柱，其中阀门连接真空抽气系统，阀门和接线柱连接检测装置。检测装置包括用于检测气压的真空计、用于检测气体温度的热电偶探头、用于检测等离子体光辐射及分布特征的发射光谱仪、用于检测等离子体密度和电子温度的朗缪尔探针，操作简单方便。
[0016]3、本专利技术的激发天线可采用包括单圈天线、盘香型天线、名古屋型天线、半螺旋天线、双半周天线、双马鞍天线以及环形天线在内的多种类型中的一种，方便调控装置的更换、使用。
附图说明
[0017]图1为实例2中使用本专利技术所得的中心光谱图。
[0018]图2为本专利技术装置结构示意图。
[0019]其中，1
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激发天线，2
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放电管，3
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石英柱，4
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磁场线圈，5
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放电电路，6
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扩散管。
具体实施方式
[0020]下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。
[0021]如图2所示，本专利技术提出一种螺旋波等离子体波
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粒能量的调控装置，包括激发天线1、放电管2、石英柱3、磁场线圈4、放电电路5和扩散管6。其中，激发天线1和放电电路5用于将工作气体电离，产生等离子体，石英柱3用于屏蔽H
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型螺旋波，磁场线圈4用于调控等离子体，放电管2和扩散管6是装置的主体结构。
[0022]本专利技术的工作原理和结构如下：
[0023]放电管2与扩散管6连通，等离子体充满主体结构。放电管2上端有阀门，控制工作
气体的输入。放电管2内同轴嵌套石英柱3，石英柱3的体积完全覆盖H
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型螺旋波的传播空间范围，同时放电管和石英柱之间存在环形间隙，环形间隙的宽度在TG
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型螺旋波的传播范围内。H
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型螺旋波的传播范围与磁场大小和射频电源输入功率有关，保持输入功率为1000W不变时，当磁场较小为50G时，石英柱直径为20mm且环形间隙的宽度为20mm，石英柱几乎可完全覆盖H
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型螺旋波；当磁场较大为200G时，石英本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种螺旋波等离子体波
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粒能量的调控装置，其特征在于，包括激发天线(1)、放电管(2)、石英柱(3)、磁场线圈(4)、放电电路(5)和扩散管(6)；放电管(2)的下端与扩散管(6)连通，构成调控装置的主体结构，工作气体充满所述主体结构，放电管(2)上端有阀门，控制工作气体的输入；放电管(2)内同轴嵌套石英柱(3)，石英柱(3)的体积完全覆盖H
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型螺旋波的传播空间范围，同时放电管(2)和石英柱(3)的环形间隙的宽度在TG
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型螺旋波的传播范围内；激发天线(1)连接放电电路(5)通电，缠绕紧贴放电管(2)外部侧壁，电离工作气体，产生等离子体，位于所述环形间隙；磁场线圈(4)非接触式环绕在放电管(2)外围，与直流电源连接，在等离子体处产生螺旋波，加热等离子体。2.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳吉庭，韩若愚，何锋，崔瑞琳，朱婉莹，张天亮，夏章玉，崔颖，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：