CN104509218B - 用于使等离子体稳定的方法和经改善的电离室 - Google Patents

用于使等离子体稳定的方法和经改善的电离室 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于使等离子体稳定的方法，该方法包括：a.在电离室中提供多根高压线和适于形成等离子体的气体；b.把该气体暴露于高电压，由此激发该气体以便形成等离子体，其特征在于，在激发后，该等离子体经受一定量的光。另外，本发明涉及在生成X射线时使用这样的方法。进一步，本发明涉及一种电离室，该电离室包括：a.适于形成等离子体的气体，以及b.多根高压线，其用于把该气体暴露于高电压，由此激发该气体以便形成等离子体，其特征在于，该电离室包括用于使等离子体在激发后经受一定量的光的装置。另外，本发明涉及包括这样的电离室的X射线发生器，并涉及包括这样的X射线发生器的激光装置。

Description

用于使等离子体稳定的方法和经改善的电离室
技术领域
本发明涉及用于使高电压诱导的等离子体稳定的方法。
另外，本发明涉及在生成X射线时使用这样的方法。
进一步，本发明涉及用于形成高电压诱导的等离子体的电离室。
另外，本发明涉及包括这样的电离室的X射线发生器，且还涉及包括这样的X射线发生器的激光装置。
背景技术
已知脉冲气体激光器的放电稳定性通过把预电离辐射提供给气体介质被大大增强。用于获得预电离的一种可能性是使用X射线发生器。在WO8910003中描述了其示例。
一般地，X射线发生器的性能基于以下原理：
-产生等离子体，作为正离子源；
-正离子加速朝向负极电极而去，并在与这一电极撞击后产生二次电子；
-所得到的电子束加速离开同一电极并发送，以便与金属板撞击；
-在电子束撞击到金属板后产生X射线。
在特定类型的X射线发生器中，一根或多根电线位于电离室中，该电离室充满了低压气体(诸如氦)。随着高电压脉冲被施加到各电线，将在电离室中形成等离子体，从而产生高密度的正离子。这种类型的正离子源可以以非常高的重复率操作。
然而，一种普遍的和公知的性能限制在于，当等离子体不被激发达特定时间段(通常多于1分钟)时，其稳定性可能变得反复无常——即所谓的抖动效果——或者它可以产生比平常更低的离子密度。这可能与在激发后没有维持等离子体所必需的足够的电荷量有关。
由于通常还认识到，X射线发生器所产生的X射线预电离束相对于主激光器放电的时序对激光器输出能量和稳定性具有很大影响，因此不稳定的等离子体可以严重危害主激光器放电的最优性能。
在尝试解决以上问题时，用于在激发后维持等离子体的电荷量可以通过以下方式来增加：增加向(诸)电线施加的高电压或者通过在第一高电压脉冲之后施加多个具有较低电压的脉冲。然而，其缺点是高压线的压力增加了，且由于在电离室中产生电弧而存在更高的故障风险。
因此，本发明的目标是提供一种允许在激发后(尤其在不被激发达特定时间段之后)改善等离子体的稳定性的方法。
本发明的另一目标是提供一种产生稳定的且甚至经改善的离子密度的方法。
另外，本发明的目标是在激发后(尤其在不被激发达特定时间段后)向电离室提供等离子体的改善的稳定性。
本发明的又一目标是提供经改善的X射线发生器。
本发明的再一目标是提供经改善的激光装置。
本发明通过使等离子体在激发后经受一定量的光来满足以上目标。
发明内容
本发明涉及一种用于使等离子体稳定的方法，包括：
a.在电离室中提供多根高压线和适于形成等离子体的气体；
b.把该气体暴露于高电压，由此激发该气体以便形成等离子体；
其特征在于，在激发后，该等离子体经受一定量的光。
另外，本发明涉及在产生X射线时使用这样的方法。
进一步，本发明涉及一种电离室，包括：
a.适于形成等离子体的气体，以及
b.多根高压线，其用于把该气体暴露于高电压，由此激发该气体以便形成等离子体；
其特征在于，该电离室包括用于使得等离子体在激发后经受一定量的光的装置。
另外，本发明涉及包括这样的电离室的X射线发生器，且涉及包括这样的X射线发生器的激光装置。
附图说明
图1阐释根据本发明的一实施例。
图2阐释根据本发明的另一实施例。
具体实施方式
在根据本发明的第一实施例中，用于使等离子体稳定的方法包括：
a.在电离室中提供多根高压线和适于形成等离子体的气体；
b.把该气体暴露于高电压，由此激发该气体以便形成等离子体；
其特征在于，在激发后，等离子体经受一定量的光。
申请人惊喜地发现且通过实验确认，在激发等离子体后把光辐射(光)提供到电离室中尤其在不被激发达相对较长的时间段后具有抑制不稳定性——所谓的抖动——的效果。
不受任何理论约束，使等离子体经受光可有助于在电离室的表面上或体积内产生在激发后维持等离子体所必需的足够电荷。据信，经受光迫使激励等离子体中的离子由此改善了等离子体的稳定性。
可以从任何种类的可电离气体中激发等离子体，这些可电离气体优选地选自惰性气体组，例如氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)或其混合物。
根据本发明，在电离室内可电离气体处于中等真空范围内(优选地是在从1到100Pa的范围内)的压力。
光可以具有适用于抑制等离子体的不稳定性的任何波长。更具体地，该波长可以在10和1100纳米之间、在100和800纳米之间、在400和800纳米之间(可见光范围)或在100和400纳米之间(UV范围)。
光可以具有从1mW到5000mW、从1mW到3000mW、优选地从100mW到1500mW的辐射能量。
光可以是脉冲光或连续光。与脉冲光相比，连续光可以具有不要求光脉冲和电离放电之间的精确同步的优点。
光可聚焦在电离室中的高压线中的一个或多个上，或者可以聚焦在经激发的等离子体“中心”。优选地，将光基本上引至整个电离室中。把基本上整个电离室而非仅它的一部分(或等离子体的一部分)暴露于光是有益的，因为这可导致使等离子体在激发后得到更高效的稳定。
在根据本发明的一实施例中，本发明提供电离室(1)，包括：
a.适于形成等离子体的气体，以及
b.多根高压线(2)，这些高压线用于把该气体暴露于高电压的，由此激发该气体以便形成等离子体；
其特征在于，该电离室包括用于使得等离子体在激发后经受(3,3’,4,4’)一定量的光的装置。
在电离室中，适于形成等离子体的气体——也称为可电离气体——以介质真空条件存在。一根或多根高压线优选地位于电离室中央，且连接到高压源。
在通过施加高电压来激发可电离气体后，使所形成的等离子体暴露于一定量的光中以用于使该等离子体稳定。
根据本发明，用于使等离子体经受一定量的光的装置可以包括适用于提供具有在10和1100纳米之间、100和800纳米之间、400和800纳米之间(可见光范围)或100和400纳米之间(UV谱范围)的波长的光的任何光源和/或光学系统，后者可能由于较高的光子能量而得到较好的效率。
光源可以具有从1mW到5000mW、从1mW到3000mW、优选地从100mW到1500mW的辐射能量，且可以是连续的或脉冲式的。在后一种情况中，光源可以与向各线施加的高压脉冲同步，以便在激发等离子体后提供光脉冲。
用于使等离子体经受一定量的光的装置可以适用于把光聚焦到一根或多根高压线，或聚焦到已激发的等离子体“中心”。优选地，它可以适用于把光基本上引导至整个电离室，即不聚焦在电离室的一部分，或者根本不聚焦。
在根据本发明的一种实施例中，用于使等离子体经受一定量的光的装置可以包括一个或多个内部光源(即安装在电离室内的光源)或一个或多个外部光源(3,3’)(即安装在电离室外的光源)。
在后一种情况中，用于使等离子体经受一定量的光的装置可以另外包括包含在电离室(1)的壁中的一个或多个透明窗(4’)，或可以替代地包括用于把光(4)从(诸)外部源(3,3’)引导到电离室中的专用光学器件。
光源可以是适用于产生具有如上面所指出的范围内的波长和辐射能量的光的任何光源，例如连续等或闪光灯、激光器、发光二极管(LED)等等。
这样的用于把光从(诸)外部源引导到电离室的光学器件可以包括适用于引导光的任何种类的光学仪器，诸如例如镜、透镜、分光器、棱镜、诸如光纤等的光波导等等。
在如图1中所阐释的本发明的特定实施例中，用于使等离子体经受一定量的光的装置可以包括在可见光谱范围(400-800nm)内发射的若干发光二极管(LED)(3)，其中，每一LED输出被耦合到光纤(4)。用密封馈通把每一光纤输出插入到电离室中。光纤可被插在电离室的一侧或多侧处，或者被插在电离室相对的各侧处。
替代地并如图2中所阐释的，用于使等离子体经受一定量的光的装置可以包括在UV谱范围内发射的闪光灯(3’)以及包含在电离室的壁内的一个或多个窗口(4’)。
另外，在根据本发明的一实施例中，如上所述用于使等离子体稳定的方法可以用于产生X射线。然后，基于下列原理产生X射线：
1.由高压线诱导的低压等离子体产生正离子，该低压等离子体是通过在激发后使其经受一定量的光来进行稳定的；
2.正离子加速朝向负极化电极而去，并在与这一电极碰撞后产生二次电子；
3.所得到的电子束加速离开同一电极，且被发送以便与金属板撞击；
4.在电子束撞击到金属板后，产生X射线。
进一步，在根据本发明的另一实施例中，如上所述的电离室可以在X射线发生器中使用，且包含有这样的电离室的X射线发生器可以在激光装置中使用。

Claims (15)

1.一种用于使等离子体稳定的方法，包括：
a.在电离室中提供多根高压线和适于形成等离子体的气体；
b.把所述气体暴露于高电压，由此激发所述气体以便形成所述等离子体；
其特征在于，在激发后，所述等离子体经受一定量的光。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光具有在10和1100纳米之间的波长。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述光具有从100mW到1500mW的辐射能量。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述光是连续的。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述光基本上被引导至整个所述电离室。
6.一种用于生成X射线的方法，包括：
a.产生由高压线诱导的低压等离子体，所述低压等离子体包含正离子；
b.使所述正离子加速朝向负极化电极而去，以便在所述正离子与所述负极化电极碰撞后产生二次电子的电子束；
c.使所得到的电子束加速离开所述负极化电极，并发送所得到的电子束以便与金属板撞击；以及
d.作为所述电子束与所述金属板撞击的结果，产生X射线；其中
低压等离子体在激发后通过使用根据权利要求1或2所述的方法进行稳定。
7.一种电离室(1)，包括：
a.适于形成等离子体的气体，以及
b.多根高压线(2)，其用于把所述气体暴露于高电压，由此激发所述气体以便形成所述等离子体，
其特征在于，所述电离室包括用于使所述等离子体在激发后经受一定量的光的装置(3,3’,4,4’)。
8.根据权利要求7所述的电离室，其特征在于，用于使所述等离子体经受一定量的光的装置包括具有在10和1100纳米之间的波长的光源。
9.根据权利要求7或8所述的电离室，其特征在于，用于使所述等离子体经受一定量的光的装置包括连续光源。
10.根据权利要求7或8所述的电离室，其特征在于，用于使所述等离子体经受一定量的光的装置包括具有从100mW到1500mW的辐射能量的光源。
11.根据权利要求7或8所述的电离室，其特征在于，用于使所述等离子体经受一定量的光的装置适用于把光基本上引导到整个所述电离室中。
12.根据权利要求7所述的电离室，其特征在于，用于使所述等离子体经受一定量的光的装置包括一个或多个外部光源和用于把所述光导入到所述电离室的光波导。
13.根据权利要求12所述的电离室，其特征在于，所述光波导包括光纤。
14.一种X射线发生器，其包括根据权利要求7或8所述的电离室。
15.一种激光装置，其包括根据权利要求14所述的X射线发生器。
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