[發明專利]一種離子產生裝置

有效

• 申請號: 201110206349.7
• 申請日: 2011-07-22
• 公開（公告）號: CN102291922A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 徐躍民;孫海龍;吳逢時;丁亮;鑒福升;孫簡;霍文青;楊新杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院空間科學與應用研究中心
• 主分類號: H05H1/30
• 分類號: H05H1/30;H05H1/10
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;高宇

技術領域

本發明涉及低溫等離子體產生及控制領域，具體地，本發明涉及一種離子產生裝置。

背景技術

等離子體是由部分電子被剝奪后的原子及原子被電離后產生的正負電子組成的離子化氣體狀物質，常被視為是除去固、液、氣外，物質存在的第四態，廣泛的應用于等離子體冶煉、等離子體噴涂和等離子體焊接領域中具有廣泛的應用，其中等離子體的離子產生方法包括：1.射頻電離等離子體源，應用高溫等離子體，等離子體波研究等。2.電子回旋共振等離子體源。3.微波等離子體源，應用低溫等離子體，空間環境模擬，等離子體天線等。4.束-等離子體離子源，利用的是在陰極和陽極之間的電子束或直線直流電弧放電。電子束與包含有用成分的氣體相互作用產生等離子體，離子從等離子體中引出，然后用分離的電極把離子加速到希望的能量。他們的一個共同特點就是都是在密閉空間中產生。

現有的的人工控制改變等離子體參數技術，都是通過控制腔內氣體密度，或改變電極間的電場強度，達到改變等離子體參數的目的但是通過改變腔內氣體的密度的方法要求必須在密閉容器內進行，改變的也是容器內的等離子體密度；此外，還可以通過改變電極間的電場強度進而改變等離子體的參數，但是該方法僅局限于改變人工制造出來的等離子體的參數，對于自然產生的等離子體(如閃電、電弧放電、高速運動摩擦產生高溫)，目前還沒有很好的方法能夠解決。

因此，目前在密閉的容器中對等離子體進行參數控制的手段僅僅是改變腔體內的密度和改變電極間的電場強度，使其應用受到限制，同時對于自然界中非封閉環境中產生的等離子體還不能進行調控。

發明內容

本發明的目的在于為了克服現有方法的局限性，提供了一種離子產生裝置。

為了解決上述問題本發明提供的離子產生裝置包括工作氣體儲存罐1、等離子體矩2、微波源3和線圈4；

所述等離子體矩2包括同軸設置的外導體5、內導體6、短路活塞7和噴口8，所述短路活塞7位于外導體5和內導體6之間；

所述微波源3設置于外導體5前端的能量饋入點上，用于將能量饋入，外導體5和內導體6及短路活塞7之間形成微波諧振腔9；

所述外導體5前部外面纏繞包覆線圈4，用于通電后產生螺旋磁場，螺旋磁場的作用在于控制離子按一定的方向和速度運動，同時將產生的離子和電子進行分離。

根據本發明的離子產生裝置，所述工作氣體儲存罐1上設有流量控制器10。

根據本發明的離子產生裝置，所述短路活塞7與外導體5和內導體6之間均采用螺紋連接，并且設有鎖緊裝置，用螺紋旋進、旋出的方法調節短路活塞與外導體及內導體之間的相對位置，即調節好合適位置后通過鎖緊裝置鎖緊，防止移動，內導體也可以通過旋轉調節位置，通過這種方式可以使調節更精確，且調節完成后，固定更容易。

根據本發明的離子產生裝置，所述工作氣體儲存罐1采用的工作氣體為惰性氣體，包括氬氣或氦氣。

“短路活塞”，是指在活塞端面處，形成電的短路面，在調節短路活塞的同時，觀測微波功率被吸收的情況，在某一點(諧振腔長度在3/4波長附近)微波功率可以最大限度被吸收，使微波功率達到最大限度的吸收利用，在氣體從噴口噴出的同時產生離子。

根據本發明所的離子產生裝置，其具體的實現方式為：工作氣體經流量控制器10的調節后進入內導體6中，調節短路活塞7的與外導體5之間的位置，使調節短路活塞7與內導體6和外導體5所形成的諧振腔長度在3/4波長左右，所述氣體在吸收微波源3所提供的能量發生電離，電離為帶有正電荷的離子和電子，所述帶有正電荷的離子和電子在螺線管通電后產生的沿腔體方向的磁場中發生偏轉，其中電子質量較小，回旋半徑較大，正離子質量相對電子很大，回旋半徑較小，在帶電粒子通過內導體6的過程中，電子由于回旋半徑較大而在腔體內壁上被吸收，帶正電荷的離子在行進過程中近似保持直線運動而從管口溢出，因而實現了帶正電荷離子和電子的分離。

尤其適用于改變等離子體密度的作用，將分離得到的帶正電荷的離子從內導體6加速出來后進入準中性的需要被中和的高電子密度的等離子體中，通過正常的正離子和帶負電的電子進行正負電荷的中和，達到減小等離子體密度的效果。同時在本發明中通過控制氣體流量，微波功率，控制產生的離子密度，其中氣體流量大，微波功率越高，產生的離子密度越大，和等離子體進行中和后，等離子體密度就低，具體數據可通過探針測試等離子體密度。