[發明專利]在低氣壓環境下用激光誘導激發射頻等離子體的方法

有效

• 申請號: 201611042734.1
• 申請日: 2016-11-23
• 公開（公告）號: CN106856160B
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發明（設計）人: 劉東平;閆偉斌;雷光玖
• 申請（專利權）人: 大連民族大學
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32;G21B1/11
• 代理公司: 大連一通專利代理事務所(普通合伙) 21233
• 代理人: 秦少林

一種在低氣壓環境下用激光誘導激發射頻等離子體的方法，該方法硬件包括脈沖激光光源、凸透鏡、靶材、離子源系統和射頻供電系統；該方法內容是：當離子源系統中氣體的氣壓值低于1Pa，產生射頻等離子體困難時，利用脈沖激光束轟擊離子源系統中的靶材，以此提高離子源內部種子電荷的密度，從而引發射頻等離子體；首先使離子源系統具有較高真空度后，為離子源系統提供需要產生等離子體的氣體，為離子源系統內部環境提供射頻電磁場，輸出一個高強度的激光脈沖經過聚焦后形成一個高功率密度的光斑并打在靶材的表面；脈沖激光光斑到達靶材表面后的瞬間，靶材表面產生激光等離子體并為離子源系統內部提供種子電荷，離子源系統內部的射頻等離子被引發。

技術領域

本發明涉及在核聚變托克馬克強流中性束注入技術領域中，尤其涉及一種在低氣壓環境下用激光誘導激發射頻等離子體的方法，該方法能夠在低氣壓下利用脈沖激光與靶材的相互作用來引發射頻等離子體的技術。

背景技術

可控的核聚變有希望成為人類社會理想的能源。目前，磁約束聚變被認為是最有可能實現核聚變能商用的途徑。磁約束聚變利用磁場來約束帶電粒子，其目標是在磁容器中將聚變燃料加熱至數億度高溫，從而實現聚變反應。強流中性束注入是核聚變裝置中主要的加熱方法，一般作為歐姆加熱基礎上的二級加熱方式。強流中性束注入通過將中性粒子注入磁約束裝置來實現加熱。目前主要的中性束離子源有弧放電離子源和射頻離子源。射頻離子源是通過射頻電磁感應放電的方式來引發等離子體，與弧光放電離子源相比，射頻離子源的優勢在于其不涉及燈絲的壽命問題，可長時間免維護運行。另外，射頻離子源工作可靠且成本低。然而，射頻離子源在低氣壓(氣壓小于0.3Pa)的情況下存在點火困難的難題。因此，解決低氣壓下實現射頻離子源點火困難的問題對核聚變中中性束技術的發展具有非常重要的意義。

本發明針對射頻離子源在低氣壓下點火困難的問題，利用強脈沖激光聚焦后與鎢靶材相互產生的電子作為種子電子來在低氣壓下引發射頻等離子體。該技術可操控性強，便捷，不會導致系統內部結構的復雜化。

發明內容

本發明克服了現有技術中的不足，提供一種可行的低壓環境下激光誘導射頻等離子體的技術。

為了解決上述存在的技術問題實現上述發明目的，本發明所采用的技術方案是：

一種在低氣壓環境下用激光誘導激發射頻等離子體的方法，該方法采用的硬件設備包括脈沖激光光源、凸透鏡、靶材、離子源系統和射頻供電系統；所述的凸透鏡用于聚焦所述的脈沖激光光源輸出的高強度脈沖激光；所述的離子源系統用于提供氣體的放電環境；所述的射頻供電系統為所述離子源系統的內部環境提供功率可調節的射頻電磁場；所述的靶材置于所述離子源系統中，且其位置須在所述的脈沖激光光源輸出激光的光路上，并處于所述凸透鏡的焦點附近；

該方法具體包括如下內容：當離子源系統中氣體的氣壓值低于1Pa，產生射頻等離子體困難時，利用脈沖激光束轟擊離子源系統中的靶材，以此提高離子源內部種子電荷的密度，從而引發射頻等離子體；首先打開抽氣系統，通過觀察氣壓檢測系統，使離子源系統具有較高真空度后，打開送氣系統為離子源系統提供需要產生等離子體的氣體，調節送氣系統輸出氣體的流強使離子源系統內部的氣壓達到所需值；打開供電系統為離子源系統內部環境提供射頻電磁場；打開脈沖激光光源并輸出一個高強度的激光脈沖，激光脈沖經過聚焦后形成一個高功率密度的光斑并打在靶材的表面；脈沖激光光斑到達靶材表面后的瞬間，靶材表面產生激光等離子體并為離子源系統內部提供種子電荷；在脈沖激光光源輸出高強度激光脈沖后的瞬間，離子源系統內部的射頻等離子被引發。

在本發明方法中，當氣壓較低，種子電荷數量少導致射頻等離子體的產生變得困難時，利用高功率密度激光光斑照射氣體環境中的材料的方式來提供種子電荷，增加氣體環境中種子電荷的數量，從而使低氣壓環境下射頻等離子體的產生變得容易。

由于采用上述技術方案，本發明提供的一種在低氣壓環境下用激光誘導激發射頻等離子體的方法具有這樣的有益效果：