CN109152191A - 一种等离子体复合速率研究平台及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种等离子体复合速率研究平台及使用方法，包括调压封口端、放电管、测量封口端、微波发生器、微波导入管、微波导出管及吸波负载等，平台通过微波发生器注入能量来电离中性气体形成等离子体，穿过等离子体的微波由微波导出管导出，通过吸波负载吸收。采用磁场对带电粒子进行束缚，从而避免边界碰撞对复合的影响；通过活塞来调节中性气体的压力，从而考察气压对复合速率的影响；通过探针来测量等离子体密度，从而得到等离子体密度随时间变化特性，进而得到复合速率。本发明具有设备简单、操作方便等优点。

Description

一种等离子体复合速率研究平台及使用方法

技术领域

本发明涉及等离子体实验领域，具体是一种等离子体复合速率研究平台及使用方法。

背景技术

等离子体是含有大量带正电与负电的粒子，宏观上呈现电中性的粒子集合。通常的等离子体中也含有大量的中性粒子看，根据电离度的不同，等离子体中含有的中性粒子所占的比例不同。等离子体中中性粒子的存在一方面为电离度的提高提供原料，当输入能量增加的时候，可以电离更多的中性粒子，形成更多的带电粒子，增加电离度；而当能量输入减小时，电子和中性气体碰撞能量降低，低能电子和离子复合形成中性粒子，从而降低等离子体中带电粒子的数量，减小电离度。

目前，等离子体技术已经广泛应用于能源，材料，化工等领域，主要是利用带电粒子的特性。而在中性粒子存在的情况下，会有大量的电子与中兴气体碰撞，能量降低后与离子复合，因此等离子体复合速率是等离子体的重要指标之一，其复合速度直接影响到等离子体密度及其应用特性。

本研究平台提供一种等离子体复合速率的研究平台，平台通过微波电离中性气体形成等离子体；采用磁场对带电粒子进行束缚，从而避免边界碰撞对复合的影响；通过活塞来调节中性气体的压力，从而考察气压对复合速率的影响；通过探针来测量等离子体密度，从而得到等离子体密度随时间变化特性，进而得到复合速率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种等离子体复合速率研究平台及使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种等离子体复合速率研究平台，包括调压封口端、放电管、测量封口端、微波发生器、微波导入管、微波导出管和吸波负载，所述调压封口端和测量封口端分别安装与放电管的两侧，并通过四套螺栓与螺母连接，形成密闭的放电空间。

进一步的，所述调压封口端包括调压封口端盖，在调压封口端盖上的四角处均开设有安装孔，在调压封口端盖的中心处开设有活塞螺纹孔，活塞螺纹孔用于安装活塞，且在调压封口端盖上还开设有一个排气口，在调压封口端上还安装有内嵌线圈。

进一步的，所述测量封口端包括测量封口端盖，在测量封口端盖上的四角处均开设有安装孔，在测量封口端盖的中心处开设有探针螺纹孔，探针螺纹孔用于安装探针，测量封口端上还安装有线圈。

进一步的，所述放电管为圆筒结构，其圆筒中部分别开口并连接于微波导入管和微波导出管，微波导入管的另一侧与微波发生器相连，微波导出管的另一侧与吸波负载相连接。

进一步的，所述活塞包括旋转手柄、活塞头和密封圈，在旋转手柄上留有方形的手柄安装槽，在活塞头上设有手柄安装头，可通过手柄安装头安装活塞头。

进一步的，所述探针主要包括探针外壳、钨丝和连接导线，钨丝设置在探针外壳的内部中心空腔处，且钨丝的端部连接有连接导线。

进一步的，研究平台的使用方法具体包括以下步骤：

S1、卸下探针，通过旋转手柄将活塞头移动到放电管最里面的位置，然后重新安装探针，在放电管内部形成封闭空间；

S2、旋转旋转手柄，使得活塞向调压封口端盖方向移动，活塞头左侧的气体通过排气口排出，随着活塞移动放电管内空间变大，气体压力变小，中性气体密度降低；

S3、调整压力后，打开微波发生器，通过微波导入管将微波能量导入到放电管内，放电管内中性气体吸收电磁能量后电离，剩余微波能量通过微波导出管到达吸波负载，被吸波负载吸收；

S4、实验过程中探针的连接导线连接示波器并测量流过连接导线的电流变化特性，调节微波发生器的输出能量，当连接导线有电流流过则放电管内部有等离子体产生；

S5、在稳定放电后，流过连接导线的电流区域稳定，此时关闭微波发生器，由于没有能量输入，放电管内的等离子体和中性气体碰撞，能量降低并复合，等离子体密度逐渐降低，通过探针内的电流也逐渐下降，通过记录流过探针电流的动态变化得到等离子体的复合速率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用磁场对带电粒子进行束缚，从而避免边界碰撞对复合的影响；通过活塞来调节中性气体的压力，从而考察气压对复合速率的影响；通过探针来测量等离子体密度，从而得到等离子体密度随时间变化特性，进而得到复合速率。本发明具有设备简单、操作方便等优点。

本发明设备简单、操作方便，能够考察不同放电强度及气压下，等离子体复合速率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中调压封口端的结构示意图。

图3是本发明中测量封口端的结构示意图。

图4是本发明中探针的结构示意图。

图5是本发明中活塞的结构示意图。

图6是本发明实验过程中放电管内部的状态图。

附图标记：

1.调压封口端、1-1.调压封口端盖、1-2.安装孔、1-3.活塞螺纹孔、1-4.排气口、2.放电管、3.微波发生器、4.微波导入管、5.测量封口端、5-1.测量封口端盖、5-3.探针螺纹孔、6.螺母、7.螺栓、8.线圈、9.探针、9-1.探针外壳、9-2.钨丝、9-3.连接导线、10.微波导出管、11.吸波负载、12.活塞、13.内嵌线圈、12-1.旋转手柄、12-1-1.手柄安装槽、12-2.活塞头、12-2-1.手柄安装头、12-3.密封圈。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，以下实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

实施例：

一种等离子体复合速率研究平台，包括调压封口端1、放电管2、测量封口端5、微波发生器3、微波导入管4、微波导出管10及吸波负载11，

所述调压封口端1和测量封口端5分别安装与放电管2的两侧，并通过四套螺栓7与螺母6连接，形成密闭的放电空间；

所述调压封口端1包括调压封口端盖1-1，在调压封口端盖1-1上的四角处均开设有安装孔1-2，在调压封口端盖1的中心处开设有活塞螺纹孔1-3，活塞螺纹孔1-3用于安装活塞12，且在调压封口端盖1上还开设有一个排气口1-4，在调压封口端1上还安装有内嵌线圈13；

所述测量封口端5包括测量封口端盖5-1，在测量封口端盖5-1上的四角处均开设有安装孔1-2，在测量封口端盖5-1的中心处开设有探针螺纹孔5-3，探针螺纹孔5-3用于安装探针9，测量封口端5上还安装有线圈8；

所述放电管2为圆筒结构，其圆筒中部分别开口并连接于微波导入管4和微波导出管10，微波导入管4的另一侧与微波发生器3相连，微波导出管10的另一侧与吸波负载11相连接；

所述探针9主要包括探针外壳9-1、钨丝9-2和连接导线9-3，钨丝9-2设置在探针外壳9-1的内部中心空腔处，且钨丝9-2的端部连接有连接导线9-3；

所述活塞包括旋转手柄12-1、活塞头12-2和密封圈12-3，在旋转手柄1-1上留有方形的手柄安装槽12-1-1，在活塞头12-2上设有手柄安装头12-2-1，可通过手柄安装头12-2-1安装活塞头；

工作方式具体包括以下步骤：

S1、先卸下探针9，通过旋转手柄12-1将活塞头12-2移动到放电管2最里面的位置，然后重新安装探针9，在放电管2内部形成封闭空间；

S2、旋转旋转手柄12-1，使得活塞12向调压封口端盖1-1方向移动，活塞头12-2左侧的气体通过排气口1-4排出，随着活塞12移动放电管2内空间变大，气体压力变小，中性气体密度降低；

S3、调整压力后，打开微波发生器3，通过微波导入管4将微波能量导入到放电管2内，放电管2内中性气体吸收电磁能量后电离，剩余微波能量通过微波导出管4到达吸波负载，被吸波负载吸收；

S4、实验过程中探针9的连接导线9-3连接示波器并测量流过连接导线9-3的电流变化特性，调节微波发生器3的输出能量，当连接导线9-3有电流流过则放电管2内部有等离子体产生；

S5、在稳定放电后，流过连接导线9-3的电流区域稳定，此时关闭微波发生器3，由于没有能量输入，放电管2内的等离子体和中性气体碰撞，能量降低并复合，等离子体密度逐渐降低，通过探针9内的电流也逐渐下降，通过记录流过探针9电流的动态变化从而得到等离子体的复合速率；

在实验过程中可以通过移动活塞考察不同压力下，等离子体复合速率；通过改变微波发生器输入能量考察不同电离度下，等离子体的复合速率。

本发明一种等离子体复合速率研究平台，包括调压封口端、放电管、测量封口端、微波发生器、微波导入管、微波导出管及吸波负载等，平台通过微波发生器注入能量来电离中性气体形成等离子体，穿过等离子体的微波由微波导出管导出，通过吸波负载吸收。采用磁场对带电粒子进行束缚，从而避免边界碰撞对复合的影响；通过活塞来调节中性气体的压力，从而考察气压对复合速率的影响；通过探针来测量等离子体密度，从而得到等离子体密度随时间变化特性，进而得到复合速率。本发明具有设备简单、操作方便等优点。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.一种等离子体复合速率研究平台，包括调压封口端(1)、放电管(2)、测量封口端(5)、微波发生器(3)、微波导入管(4)、微波导出管(10)和吸波负载(11)，其特征在于，所述调压封口端(1)和测量封口端(5)分别安装与放电管(2)的两侧，并通过四套螺栓(7)与螺母(6)连接，形成密闭的放电空间。

2.根据权利要求1所述的等离子体复合速率研究平台，其特征在于，所述调压封口端(1)包括调压封口端盖(1-1)，在调压封口端盖(1-1)上的四角处均开设有安装孔(1-2)，在调压封口端盖(1)的中心处开设有活塞螺纹孔(1-3)，活塞螺纹孔(1-3)用于安装活塞(12)，且在调压封口端盖(1)上还开设有一个排气口(1-4)，在调压封口端(1)上还安装有内嵌线圈(13)。

3.根据权利要求1所述的等离子体复合速率研究平台，其特征在于，所述测量封口端(5)包括测量封口端盖(5-1)，在测量封口端盖(5-1)上的四角处均开设有安装孔(1-2)，在测量封口端盖(5-1)的中心处开设有探针螺纹孔(5-3)，探针螺纹孔(5-3)用于安装探针(9)，测量封口端(5)上还安装有线圈(8)。

4.根据权利要求1所述的等离子体复合速率研究平台，其特征在于，所述放电管(2)为圆筒结构，其圆筒中部分别开口并连接于微波导入管(4)和微波导出管(10)，微波导入管(4)的另一侧与微波发生器(3)相连，微波导出管(10)的另一侧与吸波负载(11)相连接。

5.根据权利要求2所述的等离子体复合速率研究平台，其特征在于，所述活塞包括旋转手柄(12-1)、活塞头(12-2)和密封圈(12-3)，在旋转手柄(1-1)上留有方形的手柄安装槽(12-1-1)，在活塞头(12-2)上设有手柄安装头(12-2-1)，可通过手柄安装头(12-2-1)安装活塞头。

6.根据权利要求3所述的等离子体复合速率研究平台，其特征在于，所述探针(9)主要包括探针外壳(9-1)、钨丝(9-2)和连接导线(9-3)，钨丝(9-2)设置在探针外壳(9-1)的内部中心空腔处，且钨丝(9-2)的端部连接有连接导线(9-3)。

7.一种针对权利要求1-6中任一项所述的等离子体复合速率研究平台的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括以下步骤：

S1、卸下探针(9)，通过旋转手柄(12-1)将活塞头(12-2)移动到放电管(2)最里面的位置，然后重新安装探针(9)，在放电管(2)内部形成封闭空间；

S2、旋转旋转手柄(12-1)，使得活塞(12)向调压封口端盖(1-1)方向移动，活塞头(12-2)左侧的气体通过排气口(1-4)排出，随着活塞(12)移动放电管(2)内空间变大，气体压力变小，中性气体密度降低；

S3、调整压力后，打开微波发生器(3)，通过微波导入管(4)将微波能量导入到放电管(2)内，放电管(2)内中性气体吸收电磁能量后电离，剩余微波能量通过微波导出管(4)到达吸波负载，被吸波负载吸收；

S4、实验过程中探针(9)的连接导线(9-3)连接示波器并测量流过连接导线(9-3)的电流变化特性，调节微波发生器(3)的输出能量，当连接导线(9-3)有电流流过则放电管(2)内部有等离子体产生；

S5、在稳定放电后，流过连接导线(9-3)的电流区域稳定，此时关闭微波发生器(3)，由于没有能量输入，放电管(2)内的等离子体和中性气体碰撞，能量降低并复合，等离子体密度逐渐降低，通过探针(9)内的电流也逐渐下降，通过记录流过探针(9)电流的动态变化得到等离子体的复合速率。