CN108776129B - 多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置及其应用系统 - Google Patents

多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置及其应用系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置及其应用系统，通过优化现有等离子体磁约束中的磁场分布，实现增强激光诱导击穿光谱信号的目的。该装置中一对托板相应的两个环形磁铁同轴设置并形成均匀磁场；环形磁铁的轴心方向与一对背向设置的“L”型构件的对称中心轴向、一对托板的排列方向均为同一方向；“L”型构件由不锈钢材质制成，其竖直部面向对称中心均开设有凹槽，环形磁铁周向上的两端被相应一对竖直部的凹槽的底部共同限位，环形磁铁的环形表面与相应一对竖直部的凹槽的同一侧侧壁在磁力作用下紧贴固定形成轴向上的限位。该装置结构简易，灵活可调，使用简便，应用范围广，制作成本低。

Description

多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置及其应用系统
技术领域
本发明属于光谱检测与分析领域，涉及激光诱导击穿光谱技术，具体涉及一种磁场约束激光等离子体的光谱分析实施装置及其方法。
背景技术
激光诱导击穿光谱(Laser Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)技术是一种新型的原子光谱分析技术。由于该技术具有现场原位分析、多元素同时分析和无需对样品进行复杂预处理等优势，在定性识别和定量检测方面都有重要的应用，该技术现已被广泛用于石油、地质、材料、法医、考古、冶金、环境监测、生物医药、深空深海探测，以及国防和军事等众多领域。然而，LIBS技术与其他光谱检测技术相比探测灵敏度较低且检测限较高，因此，增强LIBS的信号强度、提高LIBS技术的检测灵敏度成为了推动LIBS技术发展的重要研究方向。
磁场约束增强等离子光谱技术通过施加适当强度的磁场限制等离子体的自由膨胀，从而实现增强等离子体光谱强度的目的，该增强技术在激光脉冲、薄膜沉积、航天器推进、太阳风演化、惯性约束聚变等领域都有着重大应用价值。当前针对磁约束增强激光等离子体的研究方案通常包括两种：
1.通过在脉冲激光束轴线的垂直方向上放置一对条形磁铁进而约束激光等离子体的膨胀，此时建立的均匀磁场方向与脉冲激光方向垂直；
2.通过在样品表面上放置环形磁铁，使脉冲激光沿环形磁铁中心线方向接触样品产生等离子体，利用单个环形磁铁所形成的局域磁场，达到约束等离子体自由扩散的目的。
以上两种方案虽然都在一定程度上实现了等离子体的磁约束效果，但是仍然存在一些问题：其一，前一种(使用一对条形磁铁方式)的激光方向只能与磁场方向垂直，后一种(使用一个环形磁铁方式)的激光方向只能与磁场方向平行，这就给实验对比研究以及进一步的磁约束优化带来了很大的限制；其二，相比于施加一对条形磁铁对等离子体的一维磁约束，单一环形磁铁所建立的磁场虽然对等离子体的约束维度更多，但是其中心处均匀磁场空间更小，这对磁场强度检测和等离子体的约束稳定性都带来了不利影响。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置及其应用系统，装置结构简易，灵活可调，使用简便，通过优化现有等离子体磁约束中的磁场分布，实现增强激光诱导击穿光谱信号的目的。
本发明的解决方案如下：
该多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置，包括底板和固定安装于底板上的一对托板，每个托板上固定安装有一对“L”型构件，每个托板上位于相应一对“L”型构件之间设置有一个环形磁铁；
一对托板相应的两个环形磁铁同轴设置，两个环形磁铁之间形成均匀磁场；环形磁铁的轴心方向与所述一对“L”型构件的对称中心轴向、所述一对托板的排列方向均为同一方向；
“L”型构件由不锈钢材质制成，其水平部与托板和底板平行，竖直部与托板垂直；所述一对“L”型构件彼此背向设置，即竖直部处于对称中心的近端、水平部处于对称中心的远端；竖直部面向对称中心均开设有凹槽，环形磁铁周向上的两端被相应一对竖直部的凹槽的底部共同限位，环形磁铁的环形表面与相应一对竖直部的凹槽的同一侧侧壁在磁力作用下紧贴固定形成轴向上的限位。
基于以上方案，本发明还进一步作了如下优化：
每个“L”型构件与相应托板之间、每个托板与底板之间均以位置可调的结构固定安装。
每个“L”型构件与相应托板之间、每个托板与底板之间均采用螺纹连接固定，而且：每个“L”型构件的水平部开设有竖直贯通的第一条形安装孔，第一条形安装孔的长度方向与环形磁铁轴心的方向垂直；相应的，在托板上沿同一直线设置有位于第一条形安装孔范围内的若干个螺纹盲孔，用以根据需要沿环形磁铁径向调节“L”型构件在托板上的位置；每个托板上开设有竖直贯通的第二条形安装孔，第二条形安装孔位于这一对托板排列方向的中心线上，其长度方向即这一对托板排列方向的中心线所在方向；相应的，在底板上沿同一直线设置有位于第二条形安装孔范围内的若干个螺纹孔，用以根据需要沿环形磁铁轴向调节托板在底板上的位置。
每个“L”型构件通过两个螺钉与相应托板固定连接，每个托板通过两个螺钉与底板固定连接。
所述凹槽的两侧壁厚不等，厚度大的一侧靠近两个环形磁铁的整体中心用于对抗两个环形磁铁之间的吸引力。
所述凹槽的深度为3mm-10mm，宽度为5mm-25mm。
所述环形磁铁的内径D1为10-50mm，外径D2不大于150mm，厚度d为10-30mm；均匀磁场B为3000-30000高斯，且两个环形磁铁的间距不大于0.5D2。
以下给出三种应用上述多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置的系统。
第一种：在所述两个环形磁铁的对称中心处设置样品，脉冲激光沿垂直于环形磁铁轴心的方向射入两个环形磁铁之间形成的磁腔，进而烧蚀样品使其瞬间气化形成等离子体，通过更换磁铁形态和调节相对位置，实现约束等离子体的效果。
第二种：在所述两个环形磁铁的对称中心处设置样品，脉冲激光沿环形磁铁轴心的方向射入两个环形磁铁之间形成的磁腔，进而烧蚀样品使其瞬间气化形成等离子体，通过更换磁铁形态和调节相对位置，实现约束等离子体的效果。
第三种：在所述两个环形磁铁的对称中心处设置样品，有两路脉冲激光，其中一路脉冲激光沿垂直于环形磁铁轴心的方向射入两个环形磁铁之间形成的磁腔，另一路脉冲激光沿环形磁铁轴心的方向射入磁腔，两路脉冲激光依次或共同烧蚀样品使其瞬间气化形成等离子体，通过更换磁铁形态和调节相对位置，实现约束等离子体的效果。
本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：
1.解决了原有磁约束中脉冲激光入射方式单一的问题。在现有激光等离子体磁约束方法中，若用一对条形磁铁进行磁场约束，则脉冲激光方向只能垂直于两磁铁中心线，此时脉冲激光方向与磁场方向垂直，等离子体只受到磁场的一维约束；若用单一环形磁铁进行磁场约束，则脉冲激光只能沿磁铁轴线方向，脉冲激光方向与磁场方向平行，此时等离子体受到磁场的多维约束。无论用以上哪种方法，磁约束方案确定后脉冲激光方向都是单一的。而此发明中提出的环形磁铁阵列约束方法包括了以上两种激光入射方式，其脉冲激光方向与磁场方向既可以垂直也可以平行，该方法能够使激光等离子体在一维约束和多维约束之间的灵活调节，为进一步研究激光等离子体在磁场中的行为演变规律提供多样性的实施方案。
2.克服了目前均匀磁场空间不足的难题。环形磁铁相较于条形磁铁其优势在于激光可通过环形磁铁的中心孔对样品进行激发，此时激光平行于磁场入射使得等离子体中沿激光束径向加速运动的自由电子受到洛伦兹力的作用，实现激光等离子体的多维磁约束效果。而在目前的激光等离子体磁约束装置中，只用到了单个环形磁铁，虽然在中心孔内激发样品依然可以实现等离子体的多维约束效果，但是受中心孔的尺寸限制，磁腔内的磁场分布不均匀，增加了磁场强度的测试难度，降低了磁场测试的准确性；其次环形磁铁孔内所激发的等离子体因为受到孔壁限制还会出现空间约束效应，这给等离子体磁约束研究带了较大的干扰。本发明突破性地采用了环形磁铁阵列方法，即用一对环形磁铁实现激光等离子体的磁约束目的。该方法不仅扩大了磁腔内的均匀磁场空间，并且排除了空间限制在等离子体膨胀是所带来的空间约束影响，大大优化了现有等离子磁约束技术中的磁场分布方式。
3.实施装置灵活可调，使用简便。在激光等离子体的磁约束方法中，环形磁铁间的磁场强度通常在0.3-0.7T范围内，磁铁的夹持和固定是决定实验能否实现的关键部分。本发明提出的磁铁固定装置，是用两对加工卡槽的“L”型结构对两个极性相反的磁铁进行分别固定，它巧妙地利用磁铁间磁力和卡槽壁对其的反作用力完成两磁铁之间的轴向定位，用滑动槽调整两个“L”型结构的相对位置分别完成两磁铁的横向定位。且每对“L”型结构都分别安装在同样带有滑动槽(条形安装孔)的托板上，通过调整两托板相对位置就可以调整两个磁铁之间的距离(底板上的两侧对称的若干螺纹孔是为了固定螺丝使托板滑动槽的位置初步固定，进行托板位置的粗调粗定；在粗调的基础上小幅度调节滑动槽位置实现细调，在整体上可以实现托板位置的连续调节)，从而改变磁腔内的磁场强度和分布情况(因为等离子体的体积相比于装置中的磁腔空间很小，因此调节磁铁间距对等离子体空间的磁场均匀性并不会带来太大影响)，且实验操作简单便捷。
4.装置功能多，应用范围广，结构简易，制作成本低。目前，等离子体磁约束装置大多都是对不同磁铁形状进行“一对一”式设计加工，这使得一套磁约束装置只能用于一个磁约束方案。对于实现不同磁约束方案的实验，反复的设计和加工就会造成人力、材料以及时间的严重浪费。本发明所设计的磁铁固定装置，因其固定单个磁铁的两个“L”型构件相对位置可调并且其卡槽宽度可达到25mm，所以该装置不仅可以固定不同径向及厚度尺寸的环形磁铁，而且可同样应用于非环形磁铁的固定安装(例如：条形磁铁，圆形磁铁等)。除了功能多和应用范围广的特点，本发明的磁约束固定装置还具有结构简易，加工难度低，制作成本低的优势，大大降低了激光等离子体磁约束的装置复杂度，推动磁约束激光等离子体技术及相关装置的推广与应用。
有必要说明的是，申请人此前曾有专利文献CN106601584B公开了一种大气压磁增强与磁约束直流辉光放电离子源，其中提出采用一对环形磁铁对等离子体进行约束，其应用背景以及方案的原理与本发明是不同的。在该专利文献中，环形磁铁阵列在两个环形磁铁之间所提供的均匀磁场强度不大于200高斯，其产生的洛伦兹力用来约束等离子体中大分子量分子所形成带电粒子的运动行径，使其整体运动趋势沿着磁力线方向，并朝向分析仪器入口，降低带电粒子因对流或扩散而远离中心轴逃逸环境空气中所带来的损失，从而增加离子的传输效率，提高分析仪器检测灵敏度度。
而本专利申请中，环形磁铁阵列产生的均匀磁场强度高达3000-30000高斯，远大于前述专利中的磁场强度。一方面，强磁场产生的洛伦兹力约束等离子体的自由膨胀，使等离子体处于较小空间，从而增加了带电粒子的密度，促进了等离子体内辐射复合过程，实现等离子体发射光谱增强；另一方面，在强磁场的约束下，激光等离子体膨胀的动能转化成热能继续加热电子，使得电子获得更高的能量或温度，从而促进电子激发或电离更多的物种，产生更强的发射光谱，实现等离子体发射光谱增强的目的。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图。
图2为在激光入射方向垂直于磁场方向时本发明的工作示意图。
图3为在激光入射方向平行于磁场方向时本发明的工作示意图。
图4为当两束激光(一束激光入射方向垂直于磁场方向，另一束激光入射方向平行于磁场方向)共同作用时本发明的工作示意图。
具体实施方式
该环形磁铁阵列激光等离子体约束装置，包括：用于定位和固定的底板、安装于底板之上的托板、以及安装于托板之上的磁铁固定装置。其中两个托板分别设计滑动槽(条形安装孔)位置进行灵活调节，磁铁固定装置由两对(四个)开有凹槽的“L”型构件构成，凹槽的宽度(对应于环形磁铁厚度方向)和深度(即平端到凹槽底部的距离)范围分别为5mm-25mm以及3mm-10mm。“L”型构件上面也设计有滑动槽可对磁铁的相对位置灵活调节。其中，两对“L”型结构分别固定一对轴线处磁力线方向相同的环形磁铁，磁铁中间形成用于放置样品的磁腔。两对“L”型构件的材质均为不锈钢，目的在于：(1)确保“L型构件有较强的硬度，避免因两磁铁之间强大的吸引力而产生形变；(2)避免其他磁性材料构件被磁铁吸引而增加环形磁铁空间位置调节的难度；(3)避免其他磁性材质固定件对磁铁有外加影响使磁场分布不均，影响实验结果。
脉冲激光可沿环形磁铁中心孔和/或垂直于两磁铁中心线方向(从两磁铁间)射入磁腔，进而烧蚀磁腔中的样品使其瞬间气化形成等离子体，通过更换磁铁形态和调节相对位置，实现约束等离子体的效果。
本发明巧妙地利用环形磁铁阵列建立均匀磁场对激光等离子体进行约束，并且结构简易，调节灵活，功能多，适用范围广，下面结合附图对本发明多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置及其方法的原理和工作过程进行详细说明。
本发明的工作原理如下：
高功率脉冲激光接触样品使之瞬间气化形成高温、高密度的等离子体，此时等离子体向外膨胀，其外貌形状类似于椭球体(长轴沿激光方向)，膨胀时等离子体中的带电粒子有两种传播方向：其一，传播方向平行于激光束轴线，向前或者向后传播，这也是等离子体羽的主要扩散方向；其二，传播方向远离激光束轴线沿径向向外传播。两个在一定距离内固定且极性相反的环形磁铁之间形成磁场。首先，该磁场产生的洛伦兹力约束等离子体的自由膨胀，使等离子体处于较小空间，从而增加了带电粒子的密度，促进了等离子体内辐射复合过程；其次，在磁场的约束下，激光等离子体膨胀的动能转化成热能继续加热电子，使得电子获得更高的能量或温度，从而促进电子激发或电离更多的物种，产生更强的发射光谱，实现等离子体发射光谱增强的目的。下面对两种不同激光入射方式下的等离子体磁约束原理进行详述：
1)当激光方向垂直于磁场方向入射时(即从两磁铁间沿环形磁铁中心线的垂直方向入射)，磁场主要对传播方向平行于激光束轴线的带电粒子起到约束作用，此时等离子体内速度方向沿激光轴线方向的带电粒子因在磁场中受到沿激光束横向洛伦兹力，使其运动轨迹发生偏转，在这种情况下，磁场对等离子体的作用是沿激光入射方向的一维轴向约束，此时磁场的约束可以减缓电子沿激光轴线方向的扩散(因等离子体在自由膨胀时主要扩散方向是激光轴线方向，所以在此方向约束等离子体的扩散可以有效减缓等离子体扩散，增加局部空间带电粒子密度)从而起到磁约束效果。
2)当激光方向平行于磁场方向入射时(即从环形磁铁中心孔沿中心线方向入射)，磁场主要对传播方向远离激光束轴线并沿径向向外的带电粒子起到约束作用。同样的，此时等离子体内含有速度分量沿磁场垂直方向的自由电子因在磁场中受到沿切向的洛伦兹力，使得带电粒子的运动方向发生偏转，在这种情况下，磁场的作用是对远离激光束膨胀的等离子体进行径向约束，此时磁场的约束可以减缓带电粒子向远离激光束轴线的径向扩散趋势，增大带电粒子密度，从而起到磁约束效果。
下面进一步详述本发明的结构和工作过程。
多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置，如图1所示，包括底板8，底板8上用两个M6螺钉31、36分别安装两个可移动的托板，一个托板12和另一个托板13。在两个托板上分别安装的是环形磁铁阵列的固定装置，分别包括：固定环形磁铁25的一个带凹槽的“L”形构件22与另一个镜像对称的“L”形构件23、固定环形磁铁26的一个带凹槽的“L”形构件21与另一个镜像对称的“L”形构件24，其中“L”形构件21、24是分别用M6螺钉32、35固定在托板12上，“L”形构件22、23是分别用用M6螺钉33、34固定在托板13上。
工作时，首先量取磁铁外径尺寸D2，然后将底板8固定在光学平台上，再用M6螺钉分别将托板12、13依次预固定在底板8之上，此时只上紧单颗螺丝对托板12、13的位置进行初步固定，使托板12、13之间的距离在0.3D2-0.8D2范围内。随后，将一对带凹槽的“L”形构件21、24分别用M6螺钉32、35对称预固定在托板12上。同样地，将另一对带凹槽的“L”形构件22、23分别用M6螺钉33、34对称预固定在托板13上。此时只用单颗螺丝对“L”型构件的位置进行初步固定，保证“L”型构件凹槽底之间的距离略大于磁铁直径尺寸即可。之后，将环形磁铁26放置在“L”形构件21、24之间并用两构件的凹槽对环形磁铁26进行初步固定，分别拧松M6螺钉32、35，将“L”型构件21、24向内平移直至卡紧磁铁，拧紧M6螺钉32、35对环形磁铁26进行固定。随后使用同样方法固定环形磁铁25。卡紧环形磁铁25、26后，根据需要可在“L”型构件21、22、23和24移动槽内分别加一颗螺丝为其扭转方向进行定位。针对不同实验要求，可通过移动托板12、13之间的距离调节环形磁铁25、26之间的相对位置，进而实现改变磁场强度的目的。通过测试发现，当磁铁间距在不大于0.5D2时，可获得较大空间的均匀磁场。当确定两磁铁间距，即固定托板12和13的相对位置后，根据需要可在移动槽内分别加一颗螺丝为托板的扭转方向做进一步定位。
图2为在激光入射方向垂直于磁场方向时多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束方法工作示意图。工作时，脉冲激光51通过聚焦透镜41，垂直于环形磁铁中心线方向从两磁铁之间射入磁腔，高能量脉冲激光聚焦后接触到置于磁腔内的样品表面产生等离子体7，此时磁场对等离子体产生沿激光入射方向的一维轴向约束，磁场的约束可以减缓电子沿激光轴线方向的扩散，增加带电粒子密度，起到磁约束效果。
图3为在激光入射方向平行于磁场方向时多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束方法工作示意图。工作时，脉冲激光52通过聚焦透镜42，沿环形磁铁中心线方向从环形磁铁中心孔射入磁腔，高能量脉冲激光聚焦后接触到置于磁腔内的样品表面产生等离子体7，此时磁场对远离激光束膨胀的等离子体产生径向约束，磁场的约束可以减缓带电粒子向远离激光束轴线的径向扩散趋势，增大带电粒子密度，起到磁约束效果。
图4当两束激光(一束激光入射方向垂直于磁场方向，另一束激光入射方向平行于磁场方向)共同作用样品时多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束方法工作示意图。工作时，脉冲激光51通过聚焦透镜41，垂直于环形磁铁中心线方向从两磁铁之间射入磁腔，脉冲激光52通过聚焦透镜42，沿环形磁铁中心线方向从环形磁铁中心孔射入磁腔，两束激光聚焦后在同一位置同时或先后接触置于磁腔内的样品表面产生等离子体7，此时磁场既有对沿脉冲激光51轴线方向膨胀的等离子体有一维轴向约束，也有对远离脉冲激光52轴线膨胀的等离子体有径向约束,因此磁场可实现对等离子体7的三维磁约束目的，从而大大优化了激光等离子体的磁约束效果。

Claims (10)

1.多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置，其特征在于，包括底板和固定安装于底板上的一对托板，每个托板上固定安装有一对“L”型构件，每个托板上位于相应一对“L”型构件之间设置有一个环形磁铁；
一对托板相应的两个环形磁铁同轴设置，两个环形磁铁之间形成均匀磁场；环形磁铁的轴心方向与所述一对“L”型构件的对称中心轴向、所述一对托板的排列方向均为同一方向；
“L”型构件由不锈钢材质制成，其水平部与托板和底板平行，竖直部与托板垂直；所述一对“L”型构件彼此背向设置，即竖直部处于对称中心的近端、水平部处于对称中心的远端；竖直部面向对称中心均开设有凹槽，环形磁铁周向上的两端被相应一对竖直部的凹槽的底部共同限位，环形磁铁的环形表面与相应一对竖直部的凹槽的同一侧侧壁在磁力作用下紧贴固定形成轴向上的限位。
2.根据权利要求1所述的多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置，其特征在于：每个“L”型构件与相应托板之间、每个托板与底板之间均以位置可调的结构固定安装。
3.根据权利要求2所述的多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置，其特征在于：每个“L”型构件与相应托板之间、每个托板与底板之间均采用螺纹连接固定，而且：
每个“L”型构件的水平部开设有竖直贯通的第一条形安装孔，第一条形安装孔的长度方向与环形磁铁轴心的方向垂直；相应的，在托板上沿同一直线设置有位于第一条形安装孔范围内的若干个螺纹盲孔，用以根据需要沿环形磁铁径向调节“L”型构件在托板上的位置；
每个托板上开设有竖直贯通的第二条形安装孔，第二条形安装孔位于这一对托板排列方向的中心线上，其长度方向即这一对托板排列方向的中心线所在方向；相应的，在底板上沿同一直线设置有位于第二条形安装孔范围内的若干个螺纹孔，用以根据需要沿环形磁铁轴向调节托板在底板上的位置。
4.根据权利要求3所述的多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置，其特征在于：每个“L”型构件通过两个螺钉与相应托板固定连接，每个托板通过两个螺钉与底板固定连接。
5.根据权利要求1所述的多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置，其特征在于：所述凹槽的两侧壁厚不等，厚度大的一侧靠近两个环形磁铁的整体中心用于对抗两个环形磁铁之间的吸引力。
6.根据权利要求1所述的多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置，其特征在于：所述凹槽的深度为3mm-10mm，宽度为5mm-25mm。
7.根据权利要求1所述的多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置，其特征在于：所述环形磁铁的内径D1为10-50mm，外径D2不大于150mm，厚度d为10-30mm；均匀磁场B为3000-30000高斯，且两个环形磁铁的间距不大于0.5D2。
8.一种应用权利要求1所述多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置的系统，其特征在于：该系统是在所述两个环形磁铁的对称中心处设置样品，脉冲激光沿垂直于环形磁铁轴心的方向射入两个环形磁铁之间形成的磁腔，进而烧蚀样品使其瞬间气化形成等离子体，通过更换磁铁形态和调节相对位置，实现约束等离子体的效果。
9.一种应用权利要求1所述多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置的系统，其特征在于：该系统是在所述两个环形磁铁的对称中心处设置样品，脉冲激光沿环形磁铁轴心的方向射入两个环形磁铁之间形成的磁腔，进而烧蚀样品使其瞬间气化形成等离子体，通过更换磁铁形态和调节相对位置，实现约束等离子体的效果。
10.一种应用权利要求1所述多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置的系统，其特征在于：该系统是在所述两个环形磁铁的对称中心处设置样品，有两路脉冲激光，其中一路脉冲激光沿垂直于环形磁铁轴心的方向射入两个环形磁铁之间形成的磁腔，另一路脉冲激光沿环形磁铁轴心的方向射入磁腔，两路脉冲激光依次或共同烧蚀样品使其瞬间气化形成等离子体，通过更换磁铁形态和调节相对位置，实现约束等离子体的效果。
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