[發(fā)明專利]新型高密度陰極等離子體源

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310173444.0
• 申請日: 2013-05-10
• 公開（公告）號: CN103298233A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設計）人: 李波;吳杰峰;羅廣南;王海京;韋俊;宋春
• 申請（專利權）人: 合肥聚能電物理高技術開發(fā)有限公司
• 主分類號: H05H1/24
• 分類號: H05H1/24
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發(fā)明涉及一種新型高密度陰極等離子體源，主要用于各種等離子體發(fā)生裝置和等離子體應用設備。

背景技術

等離子體由自然產生的稱為自然等離子體(如北極光和閃電)，由人工產生的稱為實驗室等離子體。實驗室等離子體是在有限容積的等離子體發(fā)生器中產生的。如果環(huán)境溫度較低，等離子體能夠通過輻射和熱傳導等方式向壁面?zhèn)鬟f能量，因此，要在實驗室內保持等離子體狀態(tài)，發(fā)生器供給的能量必須大于等離子體損失的能量。不少人工產生等離子體的方法（如爆炸法、激波法等）產生的等離子體狀態(tài)只能持續(xù)很短時間（10～10秒左右），而有工業(yè)應用價值的等離子體狀態(tài)則要維持較長時間（幾分鐘至幾十小時）。能產生后一種等離子體的方法主要有：直流弧光放電法、交流工頻放電法、高頻感應放電法、低氣壓放電法（例如輝光放電法）和燃燒法。

氣體放電是產生等離子體的重要手段之一。被外加電場加速的部分電離氣體中的電子與中性分子碰撞，把從電場得到的能量傳給氣體。電子與中性分子的彈性碰撞導致分子動能增加，表現(xiàn)為溫度升高；而非彈性碰撞則導致激發(fā)（分子或原子中的電子由低能級躍遷到高能級）、離解（分子分解為原子）或電離（分子或原子的外層電子由束縛態(tài)變?yōu)樽杂呻娮樱８邷貧怏w通過傳導、對流和輻射把能量傳給周圍環(huán)境，在定常條件下，給定容積中的輸入能量和損失能量相等。電子和重粒子（離子、分子和原子）間能量傳遞的速率與碰撞頻率(單位時間內碰撞的次數(shù))成正比。在稠密氣體中，碰撞頻繁，兩類粒子的平均動能(即溫度)很容易達到平衡，因此電子溫度和氣體溫度大致相等,這是氣壓在一個大氣壓以上時的通常情況,一般稱為熱等離子體或平衡等離子體。在低氣壓條件下，碰撞很少，電子從電場得到的能量不容易傳給重粒子，此時電子溫度高于氣體溫度，通常稱為冷等離子體或非平衡等離子體。

發(fā)明內容

為彌補已有技術的不足，本發(fā)明的目的是提供一種新型高密度陰極等離子體源。

本發(fā)明采用的技術方案是：

一種新型高密度陰極等離子體源，其特征在于：包括有屏蔽罩，屏蔽罩中設有屏蔽筒，屏蔽筒中設有LaB6陰極、加熱元件，屏蔽罩的后端設有安裝基座，安裝基座為水冷熱沉結構，安裝基座通過數(shù)個支撐桿固定在安裝法蘭的內壁上，安裝法蘭安裝進氣連接件作為進氣口，安裝法蘭自外向內貫穿一個電連接件，電連接件的周圍與安裝法蘭之間超高真空密封，電連接件的一端與加熱元件連接，安裝法蘭外還設有一水冷電極，水冷電極通過安裝法蘭內的水冷接頭與加熱元件連接。

所述的新型高密度陰極等離子體源，其特征在于：所述的安裝法蘭安裝在真空室的真空法蘭上，所述的屏蔽筒、LaB6陰極、加熱元件、支撐桿均位于真空室內。

所述的新型高密度陰極等離子體源，其特征在于：所述的電連接件與安裝法蘭之間絕緣。

所述的新型高密度陰極等離子體源，其特征在于：所述的加熱元件采用加熱絲。

所述的新型高密度陰極等離子體源，其特征在于：所述的屏蔽筒包括有直徑依次減小的屏蔽筒一、屏蔽筒二、屏蔽筒三，各屏蔽筒的一端抵在屏蔽罩的側壁上并采用氬弧焊連接，各屏蔽筒的另一端分別設有屏蔽片一、屏蔽片二、屏蔽片三。各層屏蔽筒之間在1600℃的時候依然保持一定的均勻間距無接觸。

所述的新型高密度陰極等離子體源，其特征在于：還包括有屏蔽支撐，所述的屏蔽支撐包括24個相同大小的小型鎢棒，分別使用氬弧焊技術焊接在屏蔽筒一和屏蔽罩之間，既能支撐屏蔽筒又能保持屏蔽筒的屏蔽作用。

所述的新型高密度陰極等離子體源，其特征在于：所述的LaB6陰極固定在陰極保持架上，所述的陰極保持架包括兩個半爿結構的凹槽圓片，陰極保持架采用極耐高溫材料加工而成，陰極保持架的內部與LaB6陰極僅點接觸。

所述的新型高密度陰極等離子體源，其特征在于：所述的屏蔽罩與陰極保持架之間設有石墨紙，石墨紙為特殊石墨材料的紙狀薄片。石墨紙在真空和高于1600℃的溫度下保持良好的電接觸，并且起到阻止電子逃離的作用。

所述的新型高密度陰極等離子體源，其特征在于：所述的進氣連接件為真空元器件，進氣連接件與安裝法蘭保持超高真空密封連接，留有標準真空器件端口與外置進氣機構連接。

所述的新型高密度陰極等離子體源，其特征在于：所述的水冷電極可容許大電流通過，而且始終保持與安裝法蘭的絕緣和超高真空密封。

安裝基座采用水冷熱沉結構，保護后面的電極連接件免于受到等離子體的轟擊。水冷接頭采用精密加工保持加熱絲與水冷電極的良好接觸，并且及時將接頭處產生的熱量帶走。