能够产生高能等离子体束的等离子体束产生方法及其装置制造方法及图纸

在等离子体束产生装置中，包括一个等离子体源和一个用于接受等离子体束的阳极部分。一个磁场产生装置沿着等离子体束的轨迹设置在等离子体源和阳极部分之用，用于产生具有磁场梯度的磁场，从而产生空间电荷。磁场产生装置加速等离子体束中的电子流并向阳极部分输送加速的电子流。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及等离子体束产生方法及其产生装置，该装置能够产生并控制高能等离子体束。通常，等离子体产生装置包括一个用于约束放电空间的等离子体腔，一个安装在等离子体腔上用于产生等离子体束的等离子体源，一个用于产生第一磁场以将由等离子体源产生的等离子体束导入等离子体腔的第一磁场产生装置，和设置在等离子体腔内用于接收等离子体束的阳极区。等离子体源通常是由加热阴极来形成的。对于上述的等离子体束产生装置，近年来要求其能够产生高能等离子体束。为了满足这个要求，可取的是强电流放电，也就是说，等离子体源在低电压下进行大电流放电。为了如上所述实现强电流放电，就要求有一个特殊的等离子体源。但是，如果使用特殊的等离子体源，等离子体束产生装置的结构就会变得复杂，而且成本高昂。此外，如果要进行强电流放电，就需要大容量的载流气体(例如，氩气或氦气)，因而泵浦速度就要很高。从这些观点考虑，等离子体束产生装置也会变得庞大而复杂。另外，由于是在恶劣的条件下进行工作，会加剧对阴极的损坏。另一方面，如果等离子体源能够进行强电流放电，就有可能进行强电流和高电压放电。这意味着供应的能量可以迅速增加。为了增加放电电压，可以考虑使用电子枪作为等离子体源。这种电子枪的一个实例公开在在先公开号为72155/1977的未审查日本专利申请中。但是，在使用这种电子枪时，需要构成一个大尺度的载流气体的排气区或准备一组排气泵。结果，这就带来了一个缺点，除了等离子体束产生装置的结构尺寸变大之外，载流气体的容量也变大。进一步说，还有另一个缺点是等离子体状态变得不稳定。本专利技术的一个目的是提供一种能够稳定地产生和控制等离子体束的等离子体束产生方法。本专利技术的另一个目的是提供一种具有简单的结构并适用于上述方法的等离子体束产生装置。通过描述本专利技术的要点，可以理解等离子体束产生方法是用于产生一束从等离子体源朝向设置在等离子体腔内的阳极区的等离子体束。根据第一个专利技术，在等离子体腔内沿着等离子体束轨迹设置了一个磁场产生装置，它可产生有磁场梯度的磁场，从而产生了空间电荷。磁场产生装置加速了等离子体束中的电子流。可以理解等离子体束产生装置包括用于限定放电空间的等离子体腔，安装在等离子体腔上用于产生等离子体束的等离子体源，安装在等离子体源上用于使等离子体成束并将等离子体束导入等离子体腔中的第一磁场产生装置，和设置在等离子体腔内用于接收等离子体束的阳极区。根据第二个专利技术，在等离子体腔内沿着等离子体束的轨迹设置了第二磁场产生装置，其用于产生具有磁场梯度的磁场从而产生空间电荷。第二磁场产生装置加速等离子体束中的电子流以向阳极区输送加速的电子流。附图说明图1是本专利技术的第一实施例的等离子体束产生装置的剖面图;图2描述了图1中所示的等离子体束产生装置的特性曲线;图3描述了图1中所示的磁场产生装置的效果;图4显示了图3中所示的磁场产生装置的改进;图5表示了图1中所示的磁场产生装置的另一个实例;图6表示了图1中所示的磁场产生装置的再一个实例;图7表示了图1中所示的磁场产生装置的又一个实例;图8表示了图7中所示的磁场产生装置的改进;图9是本专利技术的第二个实施例的等离子体束产生装置的剖面图;图10表示了图9中所示的等离子体束产生装置中的磁场控制装置;图11描述了图9中所示的磁场控制装置的效果;图12描述了图9中所示的等离子体束产生装置中的磁场控制装置的另一个实例的效果;图13是图9中所示的等离子体束产生装置的一种改进的剖面图;图14表示了图13中所示的磁场产生装置与等离子体束产生装置中的电磁线圈的位置关系;图15表示了图13中所示的磁场产生装置与电磁线圈的位置关系的另一个实例;图16表示了图13中所示的磁场产生装置与电磁线圈的位置关系的又一个实例;图17表示图13中所示的磁场产生装置与电磁线圈的组合的另一个实例;图18表示图13中所示的磁场产生装置与电磁线圈的组合的再一个实例;图19表示图13中所示的磁场产生装置与电磁线圈的组合的又一个实例;图20是本专利技术的第三实施例的等离子体束产生装置的剖面图;图21是图20中所示的磁场产生装置的结构的前视图;图22是表示图20中所示的磁场产生装置与放电电压控制电极的另一种组合的剖面图;图23是表示图20中所示的电磁场产生装置与放电电压控制电极的又一种组合的剖面图;现在将参照图1描述本专利技术的第一实施例的等离子体束产生装置。等离子体束产生装置包括一个等离子体腔21。在等离子体腔21的底部，设置了包含永久磁铁22的阳极23以引导等离子体束。在等离子体腔21的侧壁，设置了阴极31，它构成了等离子体源30的一部分。在阳极23和阴极31之间，在等离子体腔21内限定了放电空间。阳极23和阴极31都连接到位于等离子体腔外面的放电电源32上。在阴极31的中央部分，有一个中心孔由此载流气体24如氩气或氦气可以被导入等离子体腔21。除了阴极31，等离子体源30还包括一个包含在栅电极G1内用于会聚离子束的永久磁铁33。包含在栅电极G2内的线圈34a，转向线圈34b，和用于激励线圈34a和转向线圈34b的转向电源35。永久磁铁33和线圈34a通过降压电阻R1和R2与放电电源32相连。线圈34a、转向线圈34b以及转向电源35的组合可以称之为第一磁场产生装置。在上述的结构中，当一个电子从阴极发射出来后，就在放电空间中产生了一个等离子。等离子体被永久磁铁33会聚，然后被线圈34a和转向线圈34b作为等离子体束25引导入等离子体腔21中。被导入等离子体腔21中的等离子体束25直接飞向阳极23。在本专利技术的等离子体束产生装置中，在等离子体源30和阳极23之间形成了一个磁场产生装置28。磁场产生装置28沿着等离子体束25的轨迹并在其附近产生了一个三角形或镜面形磁场梯度的磁场。这个磁场产生装置28可以称之为第二磁场产生装置。由磁场产生装置28所产生的磁场梯度阻止等离子体束流25流向磁场产生装置28的一侧或两侧。这使得等离子体束25处于半约束状态。在处于半约束状态的等离子体束25中，由于热扩散而产生电子密度Ne大于离子密度Ni的状态，即Ne≥Ni的状态。这个状态产生了电子流的负空间电荷，从而增加了放电电压。此外，如果中性气体和中性粒子被从约束等离子体的一个端部注入，则在空间中电子密度与离子密度之间的差变得更大(Ne＞Ni)。这导致放电电压的增加。在这种情况下，用于使等离子体束成为半约束状态的磁场产生装置28被用于阻挡电子流，这与用于改变电子束的轨迹或引导等离子体束的磁场产生装置诸如线圈34a和转向线圈34b是不同的。考虑到这一点，与其它磁场产生装置相比，磁场产生装置28可以由一个永久磁铁或者一组电磁铁构成，这样可以产生沿等离子体束25的轨迹迅速变化的磁场梯度。实验发现，当等离子体束由磁场产生装置28施加不小于100G/cm的磁场梯度时，就可实现等离子体束的半约束状态。此外，在图1中，阳极23可以设置在与等离子体源30相对的等离子体腔21的内壁上。在这种情况下，磁场产生装置28可以沿着等离子体束25的轨迹位于等离子体源30和阳极23之间。参照图2，其中表示了阴极31和阳极23之间的电压与流入阳极23中的电流之间的关系。如图2所示，阴极31的栅电极G2与阳极23之间的电压大大地增加了。另一方面，当本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从等离子体源向设置在等离子体腔中的阳极部分产生等离子体束的方法，其特征在于：在所说等离子体腔中沿着等离子体束轨迹设置磁场产生装置，用于产生具有磁场梯度的磁场，从而产生空间电荷，所说磁场产生装置使所说等离子体流中的电子流加速。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：田中胜，
申请(专利权)人：住友重机械工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]