CN104144553A - 一种光致电离等离子体发生器 - Google Patents

Abstract

一种光致电离等离子体发生器，涉及一种等离子体发生器。设有光致电离等离子体腔和紫外光源；所述紫外光源置于光致电离等离子体腔内，或紧靠光致电离等离子体腔，以提高光致电离的效果，所述光致电离等离子体腔为密闭腔体，密闭腔体内充有混合气体。所述混合气体可采用He、Ar、Ne等惰性气体中的至少两种。所述光致电离等离子体腔可采用对紫外线有高透射率的材料制作。所述紫外光源可采用激光光源、紫外汞灯光源、紫外线金属卤化物灯光源、氙灯光源等中的一种。可提供稳定、高密度、大体积的等离子体；工作可靠、耗能少、维护方便且费用低、使用周期长、造价低廉；可根据需要通过电开关迅速让等离子体产生或消失。

Description

一种光致电离等离子体发生器

技术领域

本发明涉及一种等离子体发生器，尤其是涉及一种光致电离等离子体发生器。

背景技术

等离子体科学涵盖了受控热核聚变、低温等离子体物理与应用、国防与高技术应用、天体与空间等离子体物理等分支领域。近几年的科学实践表明：等离子体科学在能源、材料、信息、环保、国防、微电子、半导体、航空、航天、冶金、生物医学、造纸、化工、纺织、通讯等领域有广泛的应用；等离子体研究领域对人类面临的能源、材料、信息、环保等许多全局性问题的解决具有重大意义。

目前，低温等离子体技术已在材料、微电子、化工、机械及环保等众多学科领域中得到较广泛地应用，并已初步形成一个崭新的工业-等离子体工业。例如，在材料学科中，采用等离子体物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，简称PVD)技术和等离子体增强化学气相沉积(Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition，简称PCVD)技术可以合成一些新型功能薄膜材料；在微电子工业中，采用等离子体刻蚀技术可以对超大规模集成电路进行加工；在化工领域中，采用等离子体聚合技术，可以制备出一些高分子薄膜材料。可以说，“等离子体”这个名词与现在的高新技术领域已联系在一起。

等离子体技术的研究已受到极大关注,得到了较快发展。21世纪以来,随着等离子体技术的进一步发展,等离子体产生装置更加丰富，如：放射性同位素产生等离子体、利用电子束产生等离子体、DBD放电、射频放电、稳态电源产生等离子体等。

然而,目前的等离子体源在实际应用中,由于自身条件而受到很多限制。以在开放的气体环境下产生的等离子体为例：放射性同位素产生等离子体的方式比较昂贵、维护困难，且对人体有害；利用电子束方式产生等离子体的发生器耗能巨大，难以形成低功率、大体积的等离子体；DBD所产生的等离子体寿命短、密度低、厚度薄。此外，射频放电存在严重的电磁兼容性问题，系统最复杂；稳态电源产生的等离子体电子密度最高，能量转换效率最高，产生装置最简单，但其缺点是气体击穿电压最高，启动最难，放电腔体几何形状影响放电特性，电极烧蚀严重，电极材料污染等离子体。

公开号为CN103702504A的中国专利公开了一种平面等离子发生器，能够产生大面积、高密度、单向放电、相对均匀的等离子体，适合大面积辅助薄膜沉积、刻蚀、表面清洗以及表面处理。

公告号为CN201904965U的中国实用新型专利提供了一种电弧等离子体发生器，包括阳极和阴极，该阳极具有电弧通道，通过阳极和阴极之间的放电产生电弧，其中，采用氧化性气体作为工作气体，所述电弧对工作气体加热以产生等离子体，等离子体通过电弧通道并经由阳极的喷口喷出。该实用新型的电弧等离子体发生器解决了采用空气作为工作气体的电弧等离子体发生器存在的问题，有利于燃烧，提高电弧等离子体发生器的高温反应能力；降低氮氧化物的排放，达到节能减排的目的。

公告号为CN202398268U的中国实用新型专利提供了一种低温等离子体反应器，其在内设有低温等离子体发生器的箱体供挥发性有机污染物通过的气流通道，低温等离子体发生器包括分设于气流通道两侧的高压放电电极，两高压放电电极上连接有高压脉冲变频电源。该实用新型的低温等离子体反应器由两高压放电电极组成的低温等离子体通道与通过挥发性有机污染物的气流通道重合，从而使得由低温等离子体发生器产生的活性粒子及放电过程中同时产生的紫外线、高压激波、臭氧、高能电子与挥发性有机污染物充分接触反应，使挥发性有机污染物迅速降解，该低温等离子体反应器的结构简单，不会产生二次污染，能够有效迅速的分解挥发性有机污染物，处理干净彻底，操作非常方便。

发明内容

本发明的目的在于提供可产生大面积、高密度等离子体的一种光致电离等离子体发生器。

本发明设有光致电离等离子体腔和紫外光源；

所述紫外光源置于光致电离等离子体腔内，或紧靠光致电离等离子体腔，以提高光致电离的效果，所述光致电离等离子体腔为密闭腔体，密闭腔体内充有混合气体，紫外光源两端的电极分别与高压交流电源的两输出端电连接。

所述混合气体可采用He、Ar、Ne等惰性气体中的至少两种。

所述光致电离等离子体腔可采用对紫外线有高透射率的材料制作，优选石英玻璃、透紫外线高分子材料等中的一种。

所述紫外光源可采用激光光源、紫外汞灯光源、紫外线金属卤化物灯光源、氙灯光源等中的一种。

与现有技术比较，本发明的工作原理及有益效果如下：

本发明利用光致电离与潘宁效应产生等离子体。光致电离是激发和电离气体原子的一种途径，而潘宁效应表明对于有严格混合比例的混合气体，通过处于亚稳态的原子与原子或分子撞击而产生离化效应过程，可极大地促进电离作用的进行。所述等离子体发生器由紫外光源辐射产生高强度紫外光，在强紫外线辐射下，光致电离等离子体腔的混合气体发生光致电离，在电离过程的潘宁效应作用下，产生大量的等离子体。

本发明的突出优点是：

(1)所述紫外光源能发射出高强度紫外光，在强紫外辐射下，光致电离等离子体腔内的混合气体发生光致电离，产生大量的等离子体。能够提供稳定、高密度、大体积的等离子体；

(2)具有工作可靠、耗能少、维护方便且费用低、使用周期长、造价低廉等特点；

(3)可根据需要通过电开关迅速让等离子体产生或消失；

(4)根据用途的不同，可通过选用不同规格的光致电离等离子体腔，改变产生等离子体层的厚度；

(5)可方便地通过调整电参数改变产生的等离子体强度，当需要改变等离子体强度时，只需简单调整加载电源的输出电压、频率、调制频率或者调制占空比；

(6)不同于现有的等离子体发生器，本发明不受环境限制、易于操作控制。这是由于本发明的等离子体发生机制不同于现有的机制。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1，本发明实施例设有光致电离等离子体腔1、紫外光源2和高压交流电源。光致电离等离子体腔1和紫外光源2采用石英玻璃制作成一体，其中光致电离等离子体腔外观呈球状，球径200mm，腔内充有He、Ar混合气体，压强分别为1Torr、700Torr，球心留有中空通道用于放置紫外光源。紫外光源2选用市售1000W超高压短弧球形氙灯，灯体采用石英玻璃制作，椭球形泡壳外径40mm，长度180mm。紫外光源2两端的电极分别与高压交流电源的两输出端电连接。

所述交流电源的输出电压为1～30kV，频率为1～20kHz，脉冲调制频率为10～1000Hz，脉冲调制占空比为1％～99％。高压交流电源可采用市售产品或定制。

当电路接通时，紫外光源两端电极在高电压作用下，管内Ar气被击穿产生交流弧光放电，在两极弧光放电及电源的高压激发下，使灯管内部的汞蒸发并电离，从而产生高强度紫外光。透光容器内的混合气体在强紫外线辐射下发生光致电离，在电离过程的潘宁效应作用下，产生均匀大量的等离子体。

本发明的闭式等离子体隐身装置能够提供稳定、高密度、大体积的等离子体，且具有不受环境限制，易于操作控制的优势，可根据需要产生不同浓度的等离子体，应用广泛。

Claims (8)

1.一种光致电离等离子体发生器，其特征在于设有光致电离等离子体腔和紫外光源；

所述紫外光源置于光致电离等离子体腔内，或紧靠光致电离等离子体腔，所述光致电离等离子体腔为密闭腔体，密闭腔体内充有混合气体，紫外光源两端的电极分别与高压交流电源的两输出端电连接。

2.如权利要求1所述一种光致电离等离子体发生器，其特征在于所述混合气体采用惰性气体He、Ar、Ne中的至少两种。

3.如权利要求1所述一种光致电离等离子体发生器，其特征在于所述光致电离等离子体腔采用对紫外线有高透射率的材料制作。

4.如权利要求3所述一种光致电离等离子体发生器，其特征在于所述光致电离等离子体腔采用石英玻璃或透紫外线高分子材料。

5.如权利要求1所述一种光致电离等离子体发生器，其特征在于所述紫外光源采用激光光源、紫外汞灯光源、紫外线金属卤化物灯光源、氙灯光源中的一种。

6.如权利要求1所述一种光致电离等离子体发生器，其特征在于所述光致电离等离子体腔呈球状。

7.如权利要求6所述一种光致电离等离子体发生器，其特征在于所述球状的球径为200mm，球心留有中空通道用于放置紫外光源。

8.如权利要求1所述一种光致电离等离子体发生器，其特征在于所述交流电源的输出电压为1～30kV，频率为1～20kHz，脉冲调制频率为10～1000Hz，脉冲调制占空比为1％～99％。