CN109587921A - 一种耦合高能电子的等离子体射流发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耦合高能电子的等离子体射流发生装置，包括有等离子体电源、工作气源、气体控制器、电子束发生装置、电极和绝缘管，所述绝缘管的一端作为电子束输入口、另一端作为气体输出口，绝缘管的侧壁上设有气体输入口；所述绝缘管的电子束输入口与电子束发生装置的电子束发射出口相连；所述气体输入口通过管路与工作气体源相连，并通过气体控制器控制；所述绝缘管上在靠近气体输出口部位的外壁上安装有两个平行且保持一定间隔的电极，两电极分别通过导线连接等离子体电源的输出端，在所述的绝缘管气体输出口处形成富含高能电子的等离子体射流。本发明等离子体中电子能量高、可调可控，等离子体均匀性好，操作使用安全。
Description
技术领域
本发明属于等离子体发生装置领域，具体涉及一种富含高能电子的气体放电等离子体射流装置。
背景技术
大气压等离子体射流是一种新型大气压等离子体发生技术，由于其在装置喷口形成射流等离子体，使得被处理的对象可以不受放电电极间距的限制，增强了放电等离子体的适用性，在很多领域有着非常广泛的应用前景，如材料表面改性、污染物控制、生物医学应用等。
但是，由于大气压中电子碰撞频繁、自由程短，因而大气压条件下的气体放电等离子体中的电子能量一般较低，限制了其在某些领域的应用；由于大气压下，气体击穿场强较强，一般需要近万伏、甚至更高的电压才能够产生等离子体，这给实际操作带来了一定的安全隐患；此外，电场的不均匀性造成射流等离子体空间分布的不均匀也是该技术在应用中存在的一个问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种耦合高能电子的大气压射流等离子体发生装置，解决了现有等离子体射流装置存在的电子能量低、放电电压高所带来的安全隐患，以及等离子体空间分布不均匀的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种耦合高能电子的等离子体射流发生装置，其特征在于：包括有等离子体电源、工作气源、气体控制器、电子束发生装置、电极和绝缘管，所述绝缘管的一端作为电子束输入口、另一端作为气体输出口，绝缘管的侧壁上设有气体输入口；所述绝缘管的电子束输入口与电子束发生装置的电子束发射出口相连；所述气体输入口通过管路与工作气体源相连，并通过气体控制器控制；所述绝缘管上在靠近气体输出口部位的外壁上安装有两个平行且保持一定间隔的电极，两电极分别通过导线连接等离子体电源的输出端，在所述的绝缘管气体输出口处形成富含高能电子的等离子体射流。
所述的一种耦合高能电子的等离子体射流发生装置，其特征在于：所述的绝缘管为玻璃管、石英管或陶瓷管。
所述的一种耦合高能电子的等离子体射流发生装置，其特征在于：所述的电极为环状金属构件，两电极平行套装在绝缘管上靠近气体输出口部位。
所述的一种耦合高能电子的等离子体射流发生装置，其特征在于：所述的电子束发射出口内径尺寸小于等于电子束输入口的内径。
所述的一种耦合高能电子的等离子体射流发生装置，其特征在于：所述的等离子体电源为射频、交流或双极性脉冲电源。
所述的一种耦合高能电子的等离子体射流发生装置，其特征在于：所述工作气源提供的等离子体工作气体为He、Ar、N2、O2中的一种或多种。
本发明的有益效果在于：
本发明等离子体中电子能量高、可调可控，等离子体均匀性好，操作使用安全。
附图说明
图1为本发明一种耦合高能电子的等离子体射流发生装置结构示意图。
其中：1、电子束发生装置；2、电子束发射出口；3、绝缘管；4、电子束输入口；5、上电极；6、下电极；7、工作气源；8、气体控制器；9、等离子体电源；10、气体输入口；11、导线；12、管路；13、气体输出口；14、等离子体射流。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细说明，如图1所示，一种耦合高能电子的等离子体射流发生装置，包括有等离子体电源9、工作气源7、气体控制器8、电子束发生装置1、上电极5、下电极6和绝缘管3，绝缘管3的一端作为电子束输入口4、另一端作为气体输出口13，绝缘管3的侧壁上设有气体输入口10；绝缘管3的电子束输入口4与电子束发生装置1的电子束发射出口2相连；气体输入口13通过管路12与工作气体源7相连，并通过气体控制器8控制；绝缘管3上在靠近气体输出口13部位的外壁上套装有两个平行且保持一定间隔的电极，分别为上电极5、下电极6，两电极分别通过导,11连接等离子体电源9的输出端，在所述的绝缘管3气体输出口13处形成富含高能电子的等离子体射流14。等离子体工作气体（如He、Ar、N2、O2，或者它们的混合气体等）由工作气源7通过气体控制器8控制，经由管路12进入绝缘管3中，绝缘管3可以选用石英、玻璃或陶瓷等绝缘材料制成的圆管，当开启等离子体电源9，等离子体电源9可以为射频、交流或双极性脉冲电源，电压通过导线11施加到贴附在绝缘管3靠近气体输出口10一侧的外壁上的环形金属构件上电极5和下电极6上，此时，在绝缘管3的气体输出口处形成等离子体射流14；通过控制电子束发生装置1在电子束发射出口2处产生电子束流，通过电子束输入口进入到等离子体射流14中，使得等离子体射流耦合了大量的高能电子，由于电子束中高能电子和等离子体中各种粒子的碰撞，如气体分子、原子和离子，可以促进等离子体中双原子分子进一步离解为原子，或直接电离，原子进一步电离，产生更多的带电粒子，同时可以将能量传递给这个分子和原子，使它们达到更高的能级，具有更高的能量，由于提高的气体电离率，因此可以显著降低等离子体电源9的工作电压，此外，可以通过调节电子束束斑的大小，均匀照射进入等离子体中，可有效促进等离子体射流径向的均匀性；这种耦合高能电子的等离子体射流14可以在大气压环境，也可以在真空环境下产生。
需要说明的是；以上内容仅用以说明本发明的技术方案；而非对本发明保护范围的限制；本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换；均不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (6)
1.一种耦合高能电子的等离子体射流发生装置，其特征在于：包括有等离子体电源、工作气源、气体控制器、电子束发生装置、电极和绝缘管，所述绝缘管的一端作为电子束输入口、另一端作为气体输出口，绝缘管的侧壁上设有气体输入口；所述绝缘管的电子束输入口与电子束发生装置的电子束发射出口相连；所述气体输入口通过管路与工作气体源相连，并通过气体控制器控制；所述绝缘管上在靠近气体输出口部位的外壁上安装有两个平行且保持一定间隔的电极，两电极分别通过导线连接等离子体电源的输出端，在所述的绝缘管气体输出口处形成富含高能电子的等离子体射流。
2.根据权利要求1所述的一种耦合高能电子的等离子体射流发生装置，其特征在于：所述的绝缘管为玻璃管、石英管或陶瓷管。
3.根据权利要求1所述的一种耦合高能电子的等离子体射流发生装置，其特征在于：所述的电极为环状金属构件，两电极平行套装在绝缘管上靠近气体输出口部位。
4.根据权利要求1所述的一种耦合高能电子的等离子体射流发生装置，其特征在于：所述的电子束发射出口内径尺寸小于等于电子束输入口的内径。
5.根据权利要求1所述的一种耦合高能电子的等离子体射流发生装置，其特征在于：所述的等离子体电源为射频、交流或双极性脉冲电源。
6.根据权利要求1所述的一种耦合高能电子的等离子体射流发生装置，其特征在于：所述工作气源提供的等离子体工作气体为He、Ar、N2、O2中的一种或多种。
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