【技术实现步骤摘要】
本申请涉及航天空间计量，具体而言，涉及一种多原子分子定向流产生装置。
技术介绍
1、航天器在轨运行时飞行速度很快，如环绕地球运行的航天器，其速度一般达到第一宇宙速度7.8knm/s，该速度远远大于轨道环境气体的热运动速度，即航天器处在高速定向分子流的环境中，定向分子流环境与静态分子环境有很大的不同，在该环境下，对于各种类型的测量仪器能否实现准确的特征参数测量甚至计量的问题，需要开展大量的理论与实验研究，因此，需要在地面建立模拟轨道高速定向分子流环境的实验装置。
2、为模拟多种不同天体、不同轨道下的实际环境，分子类型一般应包括氧气、氮气、氩气、氢气、二氧化碳等，要求分子定向流产生装置产生的分子流密度、速度和分子束直径在一定范围内具备连续调节功能，速度一致性好，气体成分具有很高的纯度。
3、目前针对高速分子流产生主要有两种方式，一种是基于拉瓦尔喷管对气体进行加热，进而达到较高的速度，该方法具有一定的局限性，即喷管能够承受的温度有上限，以最耐高温的钨为例，其工作温度最高为2000℃左右，在该温度下，气体分子能够达到的速度有限，即使分子质量最轻的氢气，也只能达到4km/s左右的速度，对于气体分子质量更大、速度要求更高的需求，该方案显然无法满足。另一种方法是托卡马克装置应用的中性束注入方法，该方法主要工质是氢，通过将中性气体电离、加速后，进入中性化室进行中和，该方案能够获得速度极高的中性气体，但目前只适用于托卡马克装置的特殊工况，主要特点是使用氢作为工质，且速度极高，而对于上述的航天器轨道环境模拟应用，主要是双原子
技术实现思路
1、本申请提供了一种多原子分子定向流产生装置，通过对离子的主动筛选与调控，形成速度和密度独立可调、粒子纯度高、速度一致性好的的高速定向分子流。
2、为了实现上述目的，本申请提供了一种多原子分子定向流产生装置，包括定向流产生腔室，定向流产生腔室的内部沿轴向设置有依次排列的射频离子源、离子加速模块、离子筛选模块、离子中和模块以及离子吸收模块，其中：射频离子源采用放电室内无电极结构；离子加速模块包括离子引出电极和离子加速电极；离子筛选模块由磁铁和电极板组成；离子中和模块包括中和腔室、电子源、第二进气装置以及冷却装置；离子吸收模块由离子收集板组成；定向流产生腔室的外壁上设置有射频产生及脉冲调制模块，射频产生及脉冲调制模块包括射频信号发生器、脉冲调制模块、功率放大器以及射频线圈，其中：射频线圈缠绕在定向流产生腔室的外壁上，对应设置在射频离子源所在区域；射频信号发生器与脉冲调制模块连接；脉冲调制模块与功率放大器连接；功率放大器通过匹配网络与射频线圈连接。
3、进一步的，在定向流产生腔室靠近射频离子源的一个侧面设置有第一进气装置。
4、进一步的，离子引出电极为对地正电位，与定向流产生腔室外部的引出电源连接；离子加速电极为对地负电位，与定向流产生腔室外部的加速电源连接。
5、进一步的，磁铁为两个，分别设置在定向流产生腔室的内壁上，两个磁铁沿轴向对称；电极板为两个，沿轴向对称设置，电极板与磁铁共同产生正交电磁场。
6、进一步的，电子源分别设置在定向流产生腔室两侧的内壁上，并向中和腔室发射电子；第二进气装置设置在定向流产生腔室的另一个侧面，并向中和腔室供气；冷却装置分别设置在定向流产生腔室两侧的外壁上，用于对中和腔室内的气体进行冷却。
7、进一步的，离子中和模块包括两种中和方式，分别为目标离子与背景气体分子发生电荷交换碰撞以及目标离子捕获电子源发射的电子。
8、进一步的，离子收集板为两个，分别设置在定向流产生腔室两侧的内壁上，沿轴向对称；离子收集板为对地负电位。
9、进一步的，还包括中性束径调控模块，中性束径调控模块由束径调节器组成，束径调节器的中心孔径可以调节。
10、进一步的，射频信号发生器能够产生连续射频信号。
11、进一步的，脉冲调制模块能够施加占空比和频率可调的脉冲调制。
12、本申请提供的一种多原子分子定向流产生装置，具有以下有益效果：
13、本申请针对电离后成分复杂的多原子分子，能够通过主动调控与筛选，形成速度和密度独立可调、气体纯度高、速度一致性好的的高速定向分子流，能够为空间计量相关仪器提供模拟轨道气体环境的标准试验环境。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种多原子分子定向流产生装置，包括定向流产生腔室，其特征在于，所述定向流产生腔室的内部沿轴向设置有依次排列的射频离子源、离子加速模块、离子筛选模块、离子中和模块以及离子吸收模块，其中：
2.根据权利要求1所述的多原子分子定向流产生装置，其特征在于，在所述定向流产生腔室靠近所述射频离子源的一个侧面设置有第一进气装置。
3.根据权利要求1所述的多原子分子定向流产生装置，其特征在于，所述离子引出电极为对地正电位，与所述定向流产生腔室外部的引出电源连接；所述离子加速电极为对地负电位，与所述定向流产生腔室外部的加速电源连接。
4.根据权利要求1所述的多原子分子定向流产生装置，其特征在于，所述磁铁为两个，分别设置在所述定向流产生腔室的内壁上，两个所述磁铁沿轴向对称；所述电极板为两个，沿轴向对称设置，所述电极板与所述磁铁共同产生正交电磁场。
5.根据权利要求1所述的多原子分子定向流产生装置，其特征在于，所述电子源分别设置在所述定向流产生腔室两侧的内壁上，并向所述中和腔室发射电子：所述第二进气装置设置在所述定向流产生腔室的另一个侧面，并向所述中
6.根据权利要求5所述的多原子分子定向流产生装置，其特征在于，所述离子中和模块包括两种中和方式，分别为目标离子与背景气体分子发生电荷交换碰撞以及目标离子捕获所述电子源发射的电子。
7.根据权利要求1所述的多原子分子定向流产生装置，其特征在于，所述离子收集板为两个，分别设置在所述定向流产生腔室两侧的内壁上，沿轴向对称；所述离子收集板为对地负电位。
8.根据权利要求7所述的多原子分子定向流产生装置，其特征在于，还包括中性束径调控模块，所述中性束径调控模块由束径调节器组成，所述束径调节器的中心孔径可以调节。
9.根据权利要求1所述的多原子分子定向流产生装置，其特征在于，所述射频信号发生器能够产生连续射频信号。
10.根据权利要求9所述的多原子分子定向流产生装置，其特征在于，所述脉冲调制模块能够施加占空比和频率可调的脉冲调制。
...【技术特征摘要】
1.一种多原子分子定向流产生装置，包括定向流产生腔室，其特征在于，所述定向流产生腔室的内部沿轴向设置有依次排列的射频离子源、离子加速模块、离子筛选模块、离子中和模块以及离子吸收模块，其中：
2.根据权利要求1所述的多原子分子定向流产生装置，其特征在于，在所述定向流产生腔室靠近所述射频离子源的一个侧面设置有第一进气装置。
3.根据权利要求1所述的多原子分子定向流产生装置，其特征在于，所述离子引出电极为对地正电位，与所述定向流产生腔室外部的引出电源连接；所述离子加速电极为对地负电位，与所述定向流产生腔室外部的加速电源连接。
4.根据权利要求1所述的多原子分子定向流产生装置，其特征在于，所述磁铁为两个，分别设置在所述定向流产生腔室的内壁上，两个所述磁铁沿轴向对称；所述电极板为两个，沿轴向对称设置，所述电极板与所述磁铁共同产生正交电磁场。
5.根据权利要求1所述的多原子分子定向流产生装置，其特征在于，所述电子源分别设置在所述定向流产生腔室两侧的内壁上，并向所述中和腔室发射电子：所述第二进气装...
【专利技术属性】
技术研发人员：李兴达，张虎忠，陈靖，李得天，李文峰，马卓娅，周超，王琎，
申请(专利权)人：兰州空间技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。