CN107278012A - 圆形波导微波与等离子体相互作用装置 - Google Patents

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赵海龙
林雨晴
葛颜良
孙志刚
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Abstract

一种圆形波导微波与等离子体相互作用装置。微波源通过衰减器、铁氧体绝缘器，在真空密封微波窗处与矩形波导管相连，然后通过矩形波导-圆形波导转换器与圆形波导管相连，用于产生微波，并将微波传导至波导管作用区域。衰减器设置于微波源后，与铁氧体绝缘器结合，用于调整输出微波的频率。矩形波导-圆形波导转换器顶部通过隔膜与作用区域的圆形波导管相连，底部为等离子源，等离子源则与软管相连并伸入圆形波导管中。圆形波导管末端设有吸波负载与真空泵源，另一端设有等离子体观察仪与探针和微波天线。本装置提供能使频率可调的微波与等离子体按照实验者预想的过程发生相互作用，并检测相互作用发生后，等离子体与微波的参数。

Description

圆形波导微波与等离子体相互作用装置
技术领域
本发明涉及能够实现微波与等离子体在圆形波导内在一定条件下相互作用，并检测相互作用发生后微波与等离子体参数的实验装置，属于电磁场领域。
背景技术
等离子体是一种由自由电子和带电离子为主要成分的物质形态，如果对气体持续加热，使分子分解为原子并发生电离，就形成了由离子、电子和中性粒子组成的“气体”，这种状态称为等离子体。除加热外，也有其他方法能够产生等离子体，本装置中用于产生等离子体的方法是使用火花形式等离子源。
微波是指波长介于红外线和特高频之间的射频电磁波。本装置中直接通过高功率微波源来产生实验所需的微波。
当等离子与微波发生相互作用时，一方面等离子体对微波具有一定的吸收和反射的能力，另一方面，微波也会对等离子体发生加热等作用。但是，这些相互作用的强度与效率，以及是否有其他反应发生，我们对此的了解是不够的，因此需要一个能够令两者相遇并发生相互作用的装置，从而从中观测实验结果，并总结归纳两者相互作用的特性。该装置需要具备以下特点：
1、由于等离子体中，物质以电子和离子的形式存在，因此作用环境需一定程度上真空，即装置内部的气压应足够低；
2、由于微波波长较长，为尽量减少功率损失，应使用波导管，并使微波在其中传播；
3、应存在检测探针以获取所需的实验数据；
4、应可以调整微波的频率与功率；
5、应可以处理反应后的微波与等离子体。
因此，需要一个同时满足上述条件的装置，来提供等离子体与微波的作用环境，促使两者发生预想的相互作用，并检测实验数据。
发明内容
本发明是一个为提供能使频率可调的微波与等离子体按照实验者预想的过程发生相互作用，并检测相互作用发生后，等离子体与微波的参数的装置。
本发明所述圆形波导微波与等离子体相互作用装置，它包括微波源(1)，衰减器(2)，铁氧体绝缘器(3)，真空密封微波窗(4)，转换器(5)，等离子源(6)，软管(7)，隔膜(8)，圆形波导管(9)，探针及微波天线(10)，等离子体观察仪(11)，吸波负载(12)，真空泵(13)。
微波源(1)通过衰减器(2)、铁氧体绝缘器(3)，在真空密封微波窗(4)处与矩形波导管相连，然后通过矩形波导-圆形波导转换器(5)与圆形波导管相连，用于产生微波，并将微波传导至波导管作用区域。衰减器(2)设置于微波源(1)后，与铁氧体绝缘器(3)结合，用于调整输出微波的频率。矩形波导-圆形波导转换器(5)顶部通过隔膜(8)与作用区域的圆形波导管(9)相连，底部为等离子源(6)，等离子源则与软管(7)相连并伸入圆形波导管(9)中。圆形波导管(9)末端设有吸波负载(12)与真空泵源(13)，另一端设有等离子体观察仪(11)与探针和微波天线(10)。
所述等离子体发生器(6)可以产生密度为1010～1011cm-3的等离子体。
所述泵源(13)可以将系统真空度抽到10-4pa。
本发明的优点：本发明中，衰减器和铁氧体绝缘器结合，可以调节进入波导的微波的频率与强度，火花型等离子发射器可以通过调节电压的方式调节等离子体密度，整个实验过程的主要参数均可以控制，适用于观察各种不同初始条件下的微波与等离子体的相互作用过程。
本发明装置结构比较简单，且采用的设备多数为已经投产的设备，生产较为方便。
附图说明
图1是本发明所述圆形波导微波与等离子体相互作用装置沿轴向切开的结构示意图，图2是本发明所述圆形波导微波与等离子体相互作用装置的微波源(1)的径向切开的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本发明所述圆形波导微波与等离子体相互作用装置，它包括微波源(1)，衰减器(2)，铁氧体绝缘器(3)，真空密封微波窗(4)，转换器(5)，等离子源(6)，软管(7)，隔膜(8)，圆形波导管(9)，探针及微波天线(10)，等离子体观察仪(11)，吸波负载(12)，真空泵(13)。
微波源(1)通过衰减器(2)、铁氧体绝缘器(3)，在真空密封微波窗(4)处与矩形波导管相连，然后通过矩形波导-圆形波导转换器(5)与圆形波导管相连，用于产生微波，并将微波传导至波导管作用区域。衰减器(2)设置于微波源(1)后，与铁氧体绝缘器(3)结合，用于调整输出微波的频率。矩形波导-圆形波导转换器(5)顶部通过隔膜(8)与作用区域的圆形波导管(9)相连，底部为等离子源(6)，等离子源则与软管(7)相连并伸入圆形波导管(9)中。圆形波导管(9)末端设有吸波负载(12)与真空泵源(13)，另一端设有等离子体观察仪(11)与探针和微波天线(10)。
本实施方式在使用中，首先开启泵源(13)，将波导内作用环境抽至满足要求的真空度。使用电源给火花型等离子源(6)通电，等离子源(6)向软管(7)中射入等离子体，其密度由电源电压决定。然后利用微波源(1)产生所需的微波，并通过衰减器(2)以及铁氧体绝缘器(3)调节其频率，使之满足实验所需，通过密封微波窗(4)及转换器(5)进入作用区域。等离子体与微波在圆形波导管(9)中发生相互作用，最后通过安置在圆形波导管(9)上的探针及观察仪获得实验数据。
所述圆形波导微波与等离子体相互作用装置为轴对称结构，微波源(1)产生的微波经衰减器(2)以及铁氧体绝缘器(3)通过真空密封微波窗(4)与转换器(5)传导至圆形波导管(9)中与等离子体发生相互作用，最后在吸波负载(12)处被吸收。

Claims (2)

1.一种圆形波导微波与等离子体相互作用装置，它包括微波源(1)，衰减器(2)，铁氧体绝缘器(3)，真空密封微波窗(4)，转换器(5)，等离子源(6)，软管(7)，隔膜(8)，圆形波导管(9)，探针及微波天线(10)，等离子体观察仪(11)，吸波负载(12)，真空泵(13)。
微波源(1)通过衰减器(2)、铁氧体绝缘器(3)，在真空密封微波窗(4)处与矩形波导管相连，然后通过矩形波导-圆形波导转换器(5)与圆形波导管相连，用于产生微波，并将微波传导至波导管作用区域。衰减器(2)设置于微波源(1)后，与铁氧体绝缘器(3)结合，用于调整输出微波的频率。矩形波导-圆形波导转换器(5)顶部通过隔膜(8)与作用区域的圆形波导管(9)相连，底部为等离子源(6)，等离子源则与软管(7)相连并伸入圆形波导管(9)中。圆形波导管(9)末端设有吸波负载(12)与真空泵源(13)，另一端设有等离子体观察仪(11)与探针和微波天线(10)。
2.根据权利要求1所述的圆形波导微波与等离子体相互作用装置，其特征在于，该装置为轴对称结构。
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