CN104507248A - 一种组合式等离子体片的产生装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种组合式等离子体片的产生装置，包括：阳极板(1)、组合式空心阴极(4)、真空放电腔体(2)和套设于该真空放电腔体(2)外的亥姆霍兹线圈(3)；所述的组合式空心阴极(4)与阳极板(1)相对、平行的设置于真空放电腔体(2)内；该组合式空心阴极(4)包括若干凹槽形阴极(5)和阴极顶板(6)；所有凹槽形阴极(5)均排列于阴极顶板(6)的下方，并通过水平移动凹槽形阴极(5)调节其生成的等离子体片(7)的位置。该装置能够同时产生多片的大面积、高密度等离子体片，除增加凹槽形阴极的数量外，不需增加额外设备，即可根据需要控制生成不同数量及位置的等离子体片组合。

Description

一种组合式等离子体片的产生装置

技术领域

本发明涉及等离子体技术领域，尤其是一种组合式等离子体片的产生装置。

背景技术

等离子体是自然界物质存在的“第四态”，利用等离子体的特性为人类服务的技术称为等离子体技术。迄今为止，等离子体技术已被广泛应用于焊接、切割、照明、冶金、磁流体发电、微电子加工、材料表面改性、超细超纯材料的制备、废弃物处理、飞行器隐身、等离子体天线等传统工业领域和高新技术领域。

目前，利用电场电离气体是人工生成等离子体的主要途径，这种产生等离子体的方式被称为气体放电。通常按照采用的电场种类及施加的电场参数，气体放电又分为电晕放电、辉光放电、介质阻挡放电、微波放电和射频放电等。

等离子体一般用电子密度、电子温度等参数及其空间分布来描述。不同的应用领域对等离子体的参数有不同的需求。目前，等离子体材料处理和微波与等离子体相互作用等应用与研究领域都要求产生大范围、高密度的等离子体。因此，如何按照上述需求产生并控制等离子体参数及其空间分布是等离子体产生技术的重要研究方向。

空心阴极放电属于辉光放电的一种，传统的空心阴极通常做成空心圆柱、一对平行板等深槽型结构，放电阳极放置在距离阴极开口处非常近的位置。如图1所示，电极包括具有圆柱型深槽结构的空心阴极10和阳极1。这种结构在气体放电过程中由于空心阴极效应可获得高密度高能量的等离子体，具体放电过程为：离子撞击空心阴极10产生二次电子，这些二次电子被空心阴极10内表面高压鞘层加速后形成高能电子束，受空心阴极10深槽型结构的限制，这些高能电子束被约束在空心阴极10内运动，运动过程中与中性原子不断发生碰撞电离并损失能量，由于每次碰撞电离损耗能量有限，因此这些高能电子束可以发生多次碰撞电离从而形成高密度的等离子体片7。但是，这种传统的空心阴极10放电结构形成的高密度等离子体片7大部分被局限在了空心阴极10内，不能在空心阴极10与阳极1之间形成大范围的等离子体区域。

研究表明磁约束线形空心阴极的增强型辉光放电模式是一种产生大面积、高密度等离子体的有效手段，但是现有的磁约束线形空心阴极结构单一，形成的等离子体片的厚度参数受限且无法同时产生多片等离子体片。

发明内容

本发明的目的在于，为解决采用现有的磁约束线形空心阴极无法同时产生多片等离子体片的技术问题，本发明提供一种组合式等离子体片的产生装置。

为实现上述目的，本发明的组合式等离子体片的产生装置，包括：阳极板、组合式空心阴极、真空放电腔体和套设于该真空放电腔体外的亥姆霍兹线圈，所述的真空放电腔体与亥姆霍兹线圈同轴设置；所述的组合式空心阴极与阳极板相对、平行的设置于真空放电腔体内；该组合式空心阴极包括若干凹槽形阴极和阴极顶板；所述的凹槽形阴极均平行排列于阴极顶板的下方，并通过水平移动凹槽形阴极调节其生成的等离子体片的位置；使得每两个凹槽形阴极之间的距离可调，用于调节等离子体片之间的距离。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的组合式空心阴极还包括两个阴极侧板，所述的两个阴极侧板分别设置于阴极顶板两端的下方，并在该阴极顶板之间平行滑动，用于调节组合式空心阴极的开口宽度。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的凹槽形阴极、阴极顶板和阴极侧板的外壁上均套设有绝缘保护套，用于阻止凹槽形阴极、阴极顶板和阴极侧板的外壁放电。作为上述技术方案的进一步改进，所述的真空放电腔体采用普通玻璃、有机玻璃或聚碳酸酯材料制成。

利用上述组合式等离子体片的产生装置生成多片等离子体片的原理为：在放电条件下，组合式空心阴极的每一个凹槽形阴极内都会产生大量高能量高密度的电子束，由于其对高能电子束的约束能力不如传统的深槽型空心阴极，因此该凹槽形阴极内的高能电子束更容易运动到组合式空心阴极外部；这些运动到组合式空心阴极外部的高能电子束在亥姆霍兹线圈产生的均匀磁场约束下沿着磁力线向着阳极板做螺旋运动，并在运动过程中与中性气体原子发生多次碰撞电离形成大量低能的电子离子对，高能电子束越多形成的低能电子离子对越多，这些低能电子离子对同样受磁力线的约束做螺旋运动，并通过调节相邻凹槽形阴极之间的距离，最终在阴阳极间同时形成了大面积、高密度的多片等离子体片。

本发明的一种组合式等离子体片的产生装置优点在于：

本发明的装置与现有的磁约束线形空心阴极放电装置相比，能够同时产生多片的大面积、高密度等离子体片，除增加凹槽形阴极的数量外，不需增加额外设备，即可根据需要控制生成不同数量及位置的等离子体片组合，具有更强的工程适用性，同时节约了制造成本。

附图说明

图1为传统的深槽型空心阴极结构及其产生的等离子体片分布示意图。

图2为本发明的一种组合式等离子体片的产生装置结构示意图。

图3为本发明实施例中的组合式空心阴极结构示意图。

附图标记

1、阳极板            2、真空放电腔体        3、亥姆霍兹线圈

4、组合式空心阴极    5、凹槽形阴极          6、阴极顶板

7、等离子体片        8、阴极侧板            9、绝缘保护套

10、空心阴极

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明所述的一种组合式等离子体片的产生装置进行详细说明。

如图2所示，本发明的一种组合式等离子体片的产生装置，包括：阳极板1、组合式空心阴极4，真空放电腔体2和套设于该真空放电腔体2外的亥姆霍兹线圈3，所述的真空放电腔体2与亥姆霍兹线圈3同轴设置；所述的组合式空心阴极4与阳极板1相对、平行的设置于真空放电腔体2内；如图3所示，所述的组合式空心阴极包括若干凹槽形阴极5和阴极顶板6；所有凹槽形阴极5均排列于阴极顶板6的下方，并通过水平移动凹槽形阴极5调节其生成的等离子体片7的位置。

基于上述结构的装置，如图3所示，所述的组合式空心阴极还包括两个阴极侧板8，所述的两个阴极侧板8分别设置于阴极顶板6两端的下方，并在该阴极顶板6之间平行滑动，用于调节组合式空心阴极4的开口宽度。所述的凹槽形阴极5、阴极侧板8和阴极顶板6的外壁上均套设有绝缘保护套9，用于阻止凹槽形阴极5、阴极侧板8和阴极顶板6的外壁放电。

另外，所述的真空放电腔体可采用普通玻璃、有机玻璃或聚碳酸酯材料制成。所述的亥姆霍兹线圈内的磁场可通过接直流电源或由永久磁场产生。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种组合式等离子体片的产生装置，包括：阳极板(1)、真空放电腔体(2)和套设于该真空放电腔体(2)外的亥姆霍兹线圈(3)，所述的真空放电腔体(2)与亥姆霍兹线圈(3)同轴设置；其特征在于，还包括组合式空心阴极(4)，所述的组合式空心阴极(4)与阳极板(1)相对、平行的设置于真空放电腔体(2)内；该组合式空心阴极(4)包括若干凹槽形阴极(5)和阴极顶板(6)；所有凹槽形阴极(5)均排列于阴极顶板(6)的下方，并通过水平移动凹槽形阴极(5)调节其生成的等离子体片(7)的位置。

2.根据权利要求1所述的组合式等离子体片的产生装置，其特征在于，所述的组合式空心阴极(4)还包括两个阴极侧板(8)，所述的两个阴极侧板(8)分别设置于阴极顶板(6)两端的下方，并在该阴极顶板(6)之间平行滑动，用于调节组合式空心阴极(4)的开口宽度。

3.根据权利要求1或2所述的组合式等离子体片的产生装置，其特征在于，所述的凹槽形阴极(5)、阴极侧板(8)和阴极顶板(6)的外壁上均套设有绝缘保护套(9)，用于阻止凹槽形阴极(5)、阴极侧板(8)和阴极顶板(6)的外壁放电。

4.根据权利要求1或2所述的组合式等离子体片的产生装置，其特征在于，所述的真空放电腔体(2)采用普通玻璃、有机玻璃或聚碳酸酯材料制成。