CN204231739U - 一种产生负氢离子机制的等离子体腔室 - Google Patents

Abstract

一种产生负氢离子机制的等离子体腔室，属于受控磁约束核聚变辅助加热技术中的中性束加热领域。这种射频等离子体腔室放电源区腔室上端密封连接第一进气口及预电离电极法兰，下端固定密封在扩散腔室上部密封盖的中间部分；扩散腔室上部密封盖设有第二进气口，扩散腔室下端密封固定在底板上。在放电源区腔室外侧中间绕有放电线圈，在上、下两端设有第一磁场线圈；在扩散腔室的底部设有产生径向场的第二磁场线圈。该射频等离子体腔室能够在扩散腔室顶部补充新鲜的氢气，经过与源区扩散下来的高能电子碰撞之后，提高扩散区的等离子体中的激发振动态氢分子的密度、降低电子温度，增加在等离子体中产生负氢离子的几率。

Description

一种产生负氢离子机制的等离子体腔室

技术领域

本实用新型涉及一种产生负氢离子机制的等离子体腔室，针对受控磁约束核聚变辅助加热技术中的中性束加热领域。

背景技术

受控磁约束核聚变是解决人类未来能源问题最有希望的解决方案之一。尽管人们对受控磁约束聚变等离子体进行了半个多世纪的研究，但仍面临着许多挑战性的问题。其中之一就是如何把磁约束聚变等离子体长时间的维持在1.5亿摄氏度左右的极端温度。而要把磁约束聚变等离子体维持在这样高的温度，单靠欧姆加热还不行，必须采用二次辅助加热手段，如中性束加热和射频波加热。其中，中性束注入技术作为一种二次加热手段，是实现磁约束核聚变的关键技术之一。与传统的正离子束源相比，大功率射频感应离子源可以产生高密度负氢离子束，极大地提高了离子束中性化的效率。但是目前对于负氢离子源的研制还处于初级阶段，因此本实用新型人设计了一套能够进行产生负离子机制的等离子体腔室。

发明内容

为了实现产生负氢离子，本实用新型提供了一种产生负氢离子机制的等离子体腔室，该等离子体腔室能够维持满足产生负氢离子的等离子体。

本实用新型采用的技术解决方案是：一种产生负氢离子机制的等离子体腔室，等离子体腔室采用放电源区腔体、扩散区腔体、放电源区腔室密封盖、扩散区腔体密封盖和底板构成，所述放电源区腔室封盖上设有金属挡板轴向位置调节机构、顶部观察与测量窗口、第一进气口以及预电离偏压台，放电源区腔体的外圆柱表面缠绕放电线圈，在放电线圈的上下两端各放置一个第一磁场线圈，扩散区腔体密封盖上设有第二进气口和密封结构，扩散区腔体的周边设有多个侧壁观察与测量窗口和一个第二磁场线圈，在底板上设有底部观察与测量窗口和出气口。

所述金属挡板轴向位置调节机构包括导向杆、调节螺母、移动法兰、用于密封的波纹管和金属挡板；在调整调节螺母时，移动法兰在导向杆上滑动，使波纹管变形，位于波纹管内的支撑杆带动金属挡板移动，改变金属挡板与底板的距离。

所述预电离偏压台采用金属法兰、绝缘层以及金属棒构成；在金属法兰的底面上开有密封刀口，边缘开有用于固定到放电源区腔室密封盖上的螺栓孔；所述金属棒依次密封固定在绝缘层金属法兰及放电源区腔室密封盖上。

所述放电线圈的线圈匝数N为1-6，当线圈匝数N大于2时，线圈匝与匝之间的间距采用等间距或不等间距。

所述第一进气口和第二进气口的末端采用环形匀流进气管。

本实用新型的有益效果是：这种产生负氢离子机制的等离子体腔室包括放电源区腔室和扩散腔室，在放电源区腔室封盖上设有金属挡板轴向位置调节机构、第一进气口和测量法兰窗口及预电离偏压台；在扩散腔室封盖上设有第二进气口和密封法兰；在放电源区腔室内的金属挡板通过轴向位置调节机构的调节螺母的调整，移动法兰在导向杆上滑动，使波纹管变形，位于波纹管内的连接杆移动，改变金属挡板与扩散腔室底板的距离，即改变放电源区腔室等离子体产生区的高度。该反应室在实验中能够有效地控制放电源区的等离子体的电子密度、电子温度；以及扩展腔室内等离子体的密度、电子温度和振动激发态的氢分子密度，从而能够创造产生负氢离子的等离子体环境，产生高密度的负氢离子。

附图说明

图1是一种产生负氢离子机制的等离子体腔室的结构图。

图2是图1中的A放大图。

图3是预电离偏压台的结构图。

图中：1、第二磁场线圈，2、扩散区腔体密封盖，3、第二进气口，4、第一磁场线圈，5、放电源区腔室密封盖，6、金属挡板轴向位置调节机构，6a、导向杆，6b、调节螺母，6c、移动法兰，6d、波纹管，6e、金属挡板，6f、支撑杆，7、顶部观察与测量窗口，8、第一进气口，9、预电离偏压台，10、放电源区腔体，11、放电线圈，12、密封结构，13、金属屏蔽罩，14、侧壁观察与测量窗口，15、扩散区腔体，16、出气口，17、实验架台，18、底部观察与测量窗口，19、底板，20、金属法兰，21、密封刀口，22、绝缘层，23、金属棒，24、螺栓孔。

具体实施方式

图1、2示出了一种产生负氢离子的等离子体腔室的结构图。图中，真空腔室采用放电源区腔体10、放电源区腔室密封盖5、扩散区腔体15、扩散区腔体密封盖2和底板19构成。其中，放电源区腔室位于扩散腔室顶部，然后固定在实验架台17上。放电源区腔体10的周围缠绕放电线圈11和放置两个磁场线圈4，并在顶端设有顶部观察与测量窗口7、第一进气口 8、预电离偏压台9和金属挡板轴向位置调节机构6。扩散区腔体15周围设有6个侧壁观察与测量窗口14和第二磁场线圈 1，并在顶盖设有第二进气口 3。底板19上设有出气口16和底部观察与测量窗口18。金属挡板轴向位置调节机构6包括导向杆6a、调节螺母6b、移动法兰6c、保持真空腔室密封的波纹管6d和金属挡板6e。调整调节螺母6a时，移动法兰6c在导向杆6b上滑动，使波纹管6d变形，位于波纹管内的支撑杆6f带动金属挡板6e移动，改变金属挡板6e与扩散腔室底板19的距离。

图3示出了预电离偏压台的结构图。预电离偏压台9采用金属法兰20、绝缘层22以及金属棒23构成。在金属法兰20的底面上开有密封刀口21，边缘开有用于固定到源区腔室封盖5上的螺栓孔24；金属棒23依次密封连接在绝缘层22、金属法兰20及源区腔室封盖5上。

采用上述的技术方案，该产生负氢离子机制的等离子体腔室将放电源区腔体外的放电线圈通过匹配网络连接低频射频大功率源，然后金属挡板6e连接公共地，预电离偏压台9通过匹配网络连接高频小功率源，第一进气口8通入适量工作气体氢气，第二进气口3同样通入适量工作气体氢气，然后第一磁场线圈4和第二磁场线圈1都处于正常工作状态，那么在放电源区腔室就能产生高的电子密度、高的电子温度的氢等离子体；而在扩散腔室内就能形成低电子温度，较高的电子密度和处于振动激发态的氢分子以及高密度的负氢离子。然后在该等离子体腔室底部连接负离子体引出栅极就可以引出负氢离子的束流，就能形成负氢离子源。

总之，本实用新型可以在等离子体中产生负氢离子。

Claims (5)

1.一种产生负氢离子机制的等离子体腔室，等离子体腔室采用放电源区腔体（10）、扩散区腔体（15）、放电源区腔室密封盖（5）、扩散区腔体密封盖（2）和底板（19）构成，其特征在于：所述放电源区腔室封盖（5）上设有金属挡板轴向位置调节机构（6）、顶部观察与测量窗口（7）、第一进气口（8）以及预电离偏压台（9），放电源区腔体（10）的外圆柱表面缠绕放电线圈（11），在放电线圈（11）的上下两端各放置一个第一磁场线圈（4），扩散区腔体密封盖（2）上设有第二进气口（3）和密封结构（12），扩散区腔体（15）的周边设有多个侧壁观察与测量窗口（14）和一个第二磁场线圈（1），在底板（19）上设有底部观察与测量窗口（18）和出气口（16）。

2.根据权利要求1中所述的一种产生负氢离子机制的等离子体腔室，其特征在于：所述金属挡板轴向位置调节机构（6）包括导向杆（6a）、调节螺母（6b）、移动法兰（6c）、用于密封的波纹管（6d）和金属挡板（6e）；在调整调节螺母（6a）时，移动法兰（6c）在导向杆（6b）上滑动，使波纹管（6d）变形，位于波纹管内的支撑杆（6f）带动金属挡板（6e）移动，改变金属挡板（6e）与底板（19）的距离。

3.根据权利要求1中所述的一种产生负氢离子机制的等离子体腔室，其特征在于：所述预电离偏压台（9）采用金属法兰（20）、绝缘层（22）以及金属棒（23）构成；在金属法兰（20）的底面上开有密封刀口（21），边缘开有用于固定到放电源区腔室密封盖（5）上的螺栓孔（24）；所述金属棒（23）依次密封固定在绝缘层（22）、金属法兰（20）及放电源区腔室密封盖（5）上。

4.根据权利要求1中所述的一种产生负氢离子机制的等离子体腔室，其特征在于： 所述放电线圈（11）的线圈匝数N为1-6，当线圈匝数N大于2时，线圈匝与匝之间的间距采用等间距或不等间距。

5.根据权利要求1中所述的一种产生负氢离子机制的等离子体腔室，其特征在于：所述第一进气口（8）和第二进气口（3）的末端采用环形匀流进气管。