[發(fā)明專(zhuān)利]一種空間微重力塵埃等離子體科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011638979.7
• 申請(qǐng)日: 2020-12-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112834439B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李麗芳;杜誠(chéng)然;魏翔;郭朋真;陳化智;李恒;馮巖;王曉鋼
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/25
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/25;G01N15/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽(yáng)光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 韓麗娜

本發(fā)明提出一種空間微重力塵埃等離子體科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，該實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)箱的頂板上安裝有真空反應(yīng)腔，真空反應(yīng)腔上安裝有朗繆爾雙探針和若干顆粒注射器，實(shí)驗(yàn)箱位于真空反應(yīng)腔的一側(cè)的頂板上安裝有二級(jí)激光器、ICCD相機(jī)、光譜儀和若干高速相機(jī)，實(shí)驗(yàn)箱位于真空反應(yīng)腔的另一側(cè)的頂板上安裝有三維相機(jī)組和三個(gè)二級(jí)激光器，四個(gè)二級(jí)激光器的前方均設(shè)置有反光鏡。解決了如何設(shè)計(jì)一種結(jié)合真空、高低溫、微重力等空間多因素環(huán)境模擬的塵埃等離子科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的問(wèn)題，本發(fā)明具有大尺度的可移動(dòng)放電電極，擴(kuò)展了實(shí)驗(yàn)空間，同時(shí)具備熱、光、電三種調(diào)控方式，充分滿(mǎn)足目前塵埃等離子體實(shí)驗(yàn)要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種空間微重力塵埃等離子體科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，屬于空間微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在重力環(huán)境下，塵埃顆粒只能懸浮在具有強(qiáng)電場(chǎng)的等離子鞘層之中，所形成的等離子晶格也主要是二維系統(tǒng)，即使使用大量較小的顆粒局限在一個(gè)相對(duì)較小的空間從而強(qiáng)行形成一個(gè)由薄薄幾層顆粒組成的三維等離子晶格，其顆粒數(shù)密度在重力的作用下也并不均勻。而所需模擬的自然三維晶體，根據(jù)經(jīng)典的固體晶體相關(guān)理論，重力相對(duì)與原子間的相互作用力可以忽略不計(jì)，晶體內(nèi)部的原子分布非常均勻。為了模擬自然中三維晶體的結(jié)構(gòu)，在復(fù)雜等離子體系統(tǒng)中完美地形成一個(gè)均勻的三維晶體，需要克服重力的影響，因此，微重力是研究塵埃等離子體的理想環(huán)境。

空間站是模擬微重力環(huán)境的理想場(chǎng)所，在此建立塵埃等離子體實(shí)驗(yàn)裝置能夠模擬均勻的自然三維晶體結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明面向中國(guó)空間站開(kāi)展微重力塵埃等離子體科學(xué)實(shí)驗(yàn)需求，緊跟國(guó)際前沿，設(shè)計(jì)一種結(jié)合真空、高低溫、微重力等空間多因素環(huán)境模擬的塵埃等離子科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，相比于國(guó)際先例，本裝置具有更大尺度的放電電極，擴(kuò)展了實(shí)驗(yàn)空間，同時(shí)具備熱、光、電三種調(diào)控方式，可充分滿(mǎn)足目前塵埃等離子體實(shí)驗(yàn)要求。

本發(fā)明提出一種空間微重力塵埃等離子體科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，包括朗繆爾雙探針、ICCD相機(jī)、若干高速相機(jī)、光譜儀、真空反應(yīng)腔、若干顆粒注射器、三維相機(jī)組、四個(gè)二級(jí)激光器、反光鏡和實(shí)驗(yàn)箱，所述實(shí)驗(yàn)箱的頂板上安裝有真空反應(yīng)腔，所述真空反應(yīng)腔上安裝有朗繆爾雙探針和若干顆粒注射器，所述實(shí)驗(yàn)箱位于真空反應(yīng)腔的一側(cè)的頂板上安裝有二級(jí)激光器、ICCD相機(jī)、光譜儀和若干高速相機(jī)，所述實(shí)驗(yàn)箱位于真空反應(yīng)腔的另一側(cè)的頂板上安裝有三維相機(jī)組和三個(gè)二級(jí)激光器，四個(gè)二級(jí)激光器的前方均設(shè)置有反光鏡。

優(yōu)選地，所述真空反應(yīng)腔包括窗口蓋、電池盒、箱體、觀察窗、保護(hù)罩、內(nèi)電極和外電極，所述箱體的側(cè)壁上設(shè)置有觀察窗，所述箱體的頂部和底部均安裝有保護(hù)罩，用于封閉箱體，位于頂部的保護(hù)罩上設(shè)置有窗口蓋，所述光譜儀通過(guò)安裝在真空反應(yīng)腔的窗口蓋實(shí)時(shí)收集電極間等離子體放電的光子信息，并將光信息轉(zhuǎn)化成數(shù)字信息輸入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行光譜分析，所述保護(hù)罩的側(cè)面安裝有電池盒，所述箱體的內(nèi)部為反應(yīng)腔，所述反應(yīng)腔的頂部設(shè)置有內(nèi)電極，底部設(shè)置有外電極。

優(yōu)選地，所述箱體為密封圓筒形容器。

優(yōu)選地，所述位于箱體頂部的保護(hù)罩為絕緣材料，所述箱體和位于底部的保護(hù)罩為鋁合金材料。

優(yōu)選地，所述外電極直徑為180mm，內(nèi)電極直徑為120mm。

優(yōu)選地，所述內(nèi)電極和外電極的間距在20-80mm。

優(yōu)選地，所述外電極和內(nèi)電極由電池盒中的射頻電源供電。

優(yōu)選地，所述箱體側(cè)面開(kāi)有四個(gè)供觀察放電的觀察窗，所述觀察窗為平光石英窗口，且除石英窗口外，所有箱體的內(nèi)壁均勻涂黑以防止雜散光對(duì)光譜儀測(cè)量的影響。

優(yōu)選地，所述箱體的下部裝有環(huán)形加熱裝置，布置在圓柱形腔體的內(nèi)壁上，加熱裝置持續(xù)加熱使真空腔達(dá)到熱平衡，加熱停止后，真空腔的軸向溫度因與加熱環(huán)的距離不同產(chǎn)生溫度梯度，從而對(duì)塵埃顆粒產(chǎn)生與局部溫度梯度成正比的熱泳力，借此操縱塵埃顆粒的整體運(yùn)動(dòng)。