[發(fā)明專利]大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110328200.6
• 申請日: 2011-10-26
• 公開（公告）號: CN102361531A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝楷;李小平;劉彥明;楊敏;趙良;秦永強;艾煒;劉東林
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué);北京臨近空間飛行器系統(tǒng)工程研究所
• 主分類號: H05H1/46
• 分類號: H05H1/46
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責任公司 61108
• 代理人: 張培勛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氣體放電等離子體領(lǐng)域，涉及一種氣體放電產(chǎn)生等離子體的裝置，確切講是大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生裝置及方法，可用于研究等離子體對電磁波的影響。

背景技術(shù)

研究電磁波在等離子體中的傳播特性，以及等離子體與電磁波的相互作用是宇宙飛行器再入、電離層研究、等離子體隱身技術(shù)等研究工作的基礎(chǔ)和關(guān)鍵內(nèi)容。一般研究方法有計算機仿真分析和真實等離子體實驗，計算機仿真分析也以真實等離子體實驗為基礎(chǔ)。

設(shè)計一種等離子體的地面產(chǎn)生裝置，是真實等離子體實驗的基礎(chǔ)，現(xiàn)有地面產(chǎn)生等離子體的方法主要有激波管、電弧風(fēng)洞、等離子體噴焰和輝光放電等方法，他們都存在著以下難以克服的缺點：

1、激波管產(chǎn)生的等離子體電子密度高，但是產(chǎn)生時間很短，實驗難以重復(fù)。

2、電弧風(fēng)洞和等離子體噴焰產(chǎn)生的等離子體溫度，對天線有高溫燒蝕，且等離子體中含有金屬離子，引起電磁波傳輸實驗誤差。

3、激波管、電弧風(fēng)洞、等離子體噴焰其產(chǎn)生的等離子電子密度以及分布難以控制。

4、利用輝光放電產(chǎn)生等離子體用于研究其對電磁波影響研究的主要方法是ICP放電法，由于ICP放電產(chǎn)生的等離子體中存在高頻調(diào)制，是磁化等離子體，這會引起電磁波傳輸實驗誤差，且ICP放電其電極存在于等離子體之中，這會引起電磁波傳輸實驗誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種重復(fù)性好、誤差低可持續(xù)的大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生裝置及方法。

為實現(xiàn)上述目的，設(shè)計一種大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生裝置及方法，其特征是：包括等離子體產(chǎn)生腔體、真空裝置和等離子電源；等離子體產(chǎn)生腔體包括筒狀腔體、網(wǎng)狀放電電極，網(wǎng)狀放電電極為外徑小于筒狀腔體內(nèi)徑的空心圓狀網(wǎng)狀體，通過絕緣支撐將網(wǎng)狀放電電極與筒狀腔體連接為同心圓結(jié)構(gòu)，觀察窗和活頁窗連接固定在筒狀腔體兩端。

所述的等離子體產(chǎn)生腔體有輸氣孔、排氣孔和電極通孔，輸氣孔通過管道與真空裝置的氣罐連接，輸氣孔和氣罐之間有輸氣控制閥，通過輸氣控制閥控制氣罐進入等離子體產(chǎn)生腔體內(nèi)的惰性氣體；排氣孔通過管道與抽氣泵連接，通過抽氣泵使進入惰性氣體排出。

所述的網(wǎng)狀放電電極直徑約為20cm至25cm。

所述的網(wǎng)狀放電電極環(huán)繞筒狀腔體內(nèi)壁，網(wǎng)狀放電電極與筒狀腔體的內(nèi)壁間距離在3～5cm之間可調(diào)，且與內(nèi)壁絕緣。

所述的網(wǎng)狀放電電極為圓形空腔，筒狀腔體腔體厚度約為18cm。

所述的網(wǎng)狀放電電極與交流電源的諧振電感的一端通過電極通孔密閉相連。

所述的等離子電源包括交流電源和諧振電感，交流電源輸出電壓范圍是100V～500V，輸出頻率范圍在10kHz～50kHz。

所述的絕緣支撐是筒狀腔體內(nèi)的絕緣膠柱。

所述的絕緣支撐是觀察窗和活頁窗上的圓環(huán)槽。

本發(fā)明的工作過程是：

1）將活頁窗閉合，擰緊緊固旋鈕，使活頁窗擠壓密封膠條實現(xiàn)密封；

2）打開抽氣泵，開始抽氣，真空計顯示當前腔體內(nèi)氣壓；

3）檢測氣壓抽至100Pa左右時，打開輸氣控制閥，向腔體內(nèi)充入惰性氣體；

4）繼續(xù)抽氣，保持腔體內(nèi)的惰性氣體環(huán)境；

5）當檢測氣壓降低到20Pa以下時，打開交流電源，網(wǎng)狀放電電極和腔體內(nèi)壁等效的電容與諧振電感一起構(gòu)成諧振回路，交流電源工作在諧振回路的諧振點上，使網(wǎng)狀放電電極與腔體內(nèi)壁間形成高電壓間隙放電；

6）起振工作后，諧振回路電壓迅速升高，空氣中少量的自由電子在電場做功下，獲得動能，與氣體中的原子和分子發(fā)生碰撞，在非彈性碰撞過程中，電子將能量傳遞給原子、分子使其電離，電子與離子分離，當電壓達到擊穿電壓后，進入湯生放電過程；

7）電壓繼續(xù)升高，產(chǎn)生的電子和離子與消失的電子和離子相等，放電實現(xiàn)自持；

8）此時，氣體被擊穿，變成導(dǎo)電流體，網(wǎng)狀放電電極與腔體內(nèi)壁不能構(gòu)成一個電容，與導(dǎo)電流體一起可等效為一個電阻，電壓下降到幾百伏，實現(xiàn)輝光放電；

9）放電同時，繼續(xù)充氣抽氣，使腔體氣壓維持穩(wěn)定。

本發(fā)明由于采用了基于低氣壓輝光放電原理的大面積均勻非磁化等離子體產(chǎn)生裝置產(chǎn)生等離子體，且由于該裝置的特殊結(jié)構(gòu)保證了該裝置特別適用于研究電磁波的傳播研究。

相比現(xiàn)有的等離子體產(chǎn)生裝置，本裝置具有以下優(yōu)點：

1等離子體可持續(xù)時間長且實驗可重復(fù)，理論上不受時間影響；