CN203787380U - 一种流强可调的真空弧离子源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种流强可调的真空弧离子源，包括阳极（1）、阴极（4）、触发极（2）、阴极-触发绝缘体（3）、主弧电源（6），所述阴极（4）和阳极（1）均连接到主弧电源（6）上，且各连接主弧电源（6）的一个电极，所述触发极（2）与阴极（4）通过阴极-触发绝缘体（3）隔开，还包括可调电阻（5），所述可调电阻（5）连接在触发极（3）和阳极（1）之间，本实用新型的离子源不需要调节电源参数、不必改变主弧放电电流，只需调节可调电阻就可以实现离子流在较大范围内变化，具有结构简单紧凑、成本低、调节范围大等优点。

Description

一种流强可调的真空弧离子源

技术领域

本实用新型涉及真空弧离子源领域，具体地，涉及一种流强可调的真空弧离子源。

背景技术

真空弧离子源是一种广泛使用的离子源，在材料表面改性、离子注入、加速器、重离子聚变等方面有广泛应用。带触发极的三电极结构是普遍采用的结构形式。由于阴阳极距离较远，需要触发极与阴极之间先放电产生等离子体，然后主阴阳极之间才能发生放电。

通常，三电极真空弧离子源的触发极的作用只在主放电电极（即阴阳极）之间提供等离子体种子，使得主电极之间能放电击穿。在触发主电极放电成功后，触发极的作用就结束了。因此离子源的离子流大小完全由提供阴阳极电流的外部电源参数决定的。如果要调节离子流流强的大小，就必须调节电源（包括主弧放电电源和离子引出电源）的参数，或者调节主弧电源回路上的阻抗。当流强调节完全依靠主弧电源或者离子引出电源时，由于电源参数要求可调，因此电源的结构复杂，成本较高；而调节主弧电源回路上的阻抗的本质上是通过减小主弧放电的方法来调节离子流，必然会改变主弧放电的大小。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种流强可调的真空弧离子源，该离子源能够在不改变主弧放电大小、不改变任何电源参数的情况下调节离子源离子流的流强。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：

一种流强可调的真空弧离子源，包括阳极、阴极、触发极、阴极-触发绝缘体、主弧电源，所述阴极和阳极均连接到主弧电源上，且各连接主弧电源的一个电极，所述触发极与阴极通过阴极-触发绝缘体隔开，还包括可调电阻，所述可调电阻连接在触发极和阳极之间。本方案中，触发放电时，阴极、触发极、可调电阻以及阴极和触发极之间的触发间隙构成触发极-阴极放电回路，阴极和阳极导通后，阴极、阳极以及阴极和阳极之间的主放电间隙构成阳极-阴极放电回路，这两个回路并联。当可调电阻是0欧姆时，由于触发极和阴极的距离远小于阴极和阳极的距离，导致发生沿面放电，主弧电流基本上通过触发极流走，此时离子流最小。当逐渐增大可调电阻的阻值时，放电模式将发生改变，从阴极流过的电流在触发极和阳极之间分流，阳极分流的是非沿面放电类型。阳极分流的越多，离子流越大。可调电阻接近10欧时，电流基本上只从阳极流过，离子流强接近饱和，不再增大。通过电流的在触发极和阳极之间调节，放电模式发生变化，离子流的流强也相应变化。因此改变可调电阻的阻值，就可以改变放电模式来达到调节离子流流强的目的。

作为本实用新型的进一步改进，上述可调电阻的调节范围为0-10欧，即可调电阻的最大阻值为10欧，即可调电阻的最大阻值为10欧。

综上，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的离子源不需要调节电源参数、不必改变主弧放电电流，只需调节可调电阻阻值就可以实现离子流在较大范围内变化。

2、本实用新型的离子源的流强通过可调电阻调整，因而电源可以做成固定参数的，并且无需触发电源，降低了整个电源成本。

3、本实用新型的离子流强的调节范围较大，调节幅度大于1倍。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是触发极和阳极分流等效电路示意图。

附图中标记及相应的零部件名称：

1、阳极； 2、触发极； 3、阴极-触发绝缘体；4、阴极； 5、可调电阻； 6、主弧电源。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示，一种流强可调的真空弧离子源，包括阳极1、阴极4、触发极2、阴极-触发绝缘体3、可调电阻5、主弧电源6：

原有三电极触发极离子源结构保持不变，阳极1、阴极4是主电极，主弧电源6将两者连接，使得阴极4连接主弧电源6的一个电极（例如负极），阳极1连接主弧电源6的另一个电极（例如正极），其中一个电极可以接地，阴极4和触发极4通过阴极-触发绝缘体3隔开绝缘，此处隔开的方式可以为：阴极-触发绝缘体3呈中空圆筒状，包覆在阴极4外侧，触发极2则包覆在阴极-触发绝缘体3外侧，实际应用中，也不仅限于前述方式，可以采用本领域常规的其他绝缘设置，此处不再对现有技术进行详述；

触发极2则通过可调电阻5连接主弧电源6和阳极1，因此可调电阻5与主弧电源6相连的电极与阳极1与主弧电源6相连的电极相同。

本实施例中，离子源供电电源只有主弧电源6，无需触发电源。应用时，除了主弧电源6和可调电阻5，离子源的其他部件均应放置在真空腔中。调节离子流强时，从0开始往上调节可调电阻5，离子流就可从一个很小的值增大到最小值的大约2-3倍，因此调节范围较大。

图2是触发极和阳极分流等效电路示意图，R是阳极1和阴极4之间放电时的等效电阻。触发极2不再是只在放电初始进行触发放电提供种子，它还具有分流的作用，且在整个放电时间脉冲都发挥作用。分流将导致放电模式发生改变，进而影响离子流的大小。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例中的流强可调的真空弧离子源，其可调电阻5的调节范围为0-10欧，即可调电阻的最大阻值为10欧。可调电阻5的阻值超过10欧以后，离子流将基本饱和，离子流强不再增大，可调电阻5将失去调节离子流强的能力。由于R很小，所以可调电阻5也只能在较小的电阻阻值范围内进行调节。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种流强可调的真空弧离子源，包括阳极（1）、阴极（4）、触发极（2）、阴极-触发绝缘体（3）、主弧电源（6），所述阴极（4）和阳极（1）均连接到主弧电源（6）上，且各连接主弧电源（6）的一个电极，所述触发极（2）与阴极（4）通过阴极-触发绝缘体（3）隔开，其特征在于，还包括可调电阻（5），所述可调电阻（5）连接在触发极（3）和阳极（1）之间。

2.根据权利要求1所述的一种流强可调的真空弧离子源，其特征在于，所述可调电阻（5）的调节范围为0-10欧。