[发明专利]一种微波同轴源原子氧地面模拟设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种同轴微波源原子氧地面模拟设备，属于航空航天领域。发明的同轴微波源原子氧地面模拟设备可用于对卫星用材料进行地面耐原子氧试验。

背景技术

原子氧是低地球轨道残余大气的主要成分，化学性能非常活泼，能够对航天器表面材料产生剥蚀效应，使材料的机械、光学性能、电学性能等发生改变，从而影响材料的使用性能和寿命。材料在使用前进行耐原子氧试验评价已是一项不可或缺的重要内容。所以，需要研制原子氧地面模拟试验设备。现有原子氧设备类型主要有激光解离原子氧试验设备和微波放电电子回旋共振原子氧试验设备。主要存在的不足有：

1)激光解离原子氧设备结构复杂、可靠性差、不能长时间连续工作。

2)微波放电电子回旋共振原子氧试验设备虽然结构相对简单，但是原子氧密度低、不适合进行大通量原子氧模拟试验。

所以，现有原子氧设备存在结构复杂、不能连续工作、通量密度低等多种缺陷。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有原子氧设备的不足，提供一种结构相对简单、能够连续工作、通量密度高、能够原位测量试样反射率的地面原子氧模拟设备。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明的一种同轴微波源原子氧地面模拟设备，由微波源，波导及同轴转换系统，供氧系统，放电腔，磁体，中性化系统，试样架，积分球，测试室。

其连接关系为：微波源与波导及同轴转换系统相连，波导管将微波源产生的微波能量输送到放电室(4)中；供氧系统与放电室相连，微波能使氧气解离为氧等离子体；磁体中加100A的直流电后，产生900高斯的强磁场，对氧等离子体进行约束，形成氧等离子体束；中心化系统上加负10V的直流偏压，将氧等离子体中的O⁺引出并加速；氧等离子体在中心化板上得到电子，还原为氧原子(O)，形成原子氧束；原子氧与试样架上的试样作用；试验过程中，可以在不暴露大气的条件，用积分球测试材料的反射率，达到材料耐原子氧性能评价的目的。

其工作原理为：由微波源生频率为2.45MHz、功率为150～1500W可调的微波能量，经过波导及同轴转换系统，将微波能量耦合到放电腔内；在磁场的作用下，放电腔中的氧分子被离解为密度约为10¹²～10¹³cm^-3高密度氧等离子体；在中性化板上加10V的负偏压，加速等离子态中的氧离子，使其获得定向能量并排斥等离子体中电子。加速后的氧离子入射到中性化板上并从中得到电子，复合成中性氧原子反射的氧原子保留入射能量的大部分形成一定大小定向能量的中性原子氧束。通过调节中性化板所加偏压及改变氧离子入射角度，可以调节中性原子氧的能量和反射后的角分布。在测试室中，放置一台接分球，当试样经过原子氧作用后，在保持真空的条件下，对试验的反射率(R)进行原位测量；然后，可以继续对试样进行原子氧试验。

本发明与现有技术相比的优点在于：能够连续进行长时间原子氧试验；试验时，原子氧通量密度高，可大幅度缩短试验时间；试样架上有4个安装位置，同时装入4个试样，可提高试验效率，节约试验成本；可真空条件下，原位测试试样的反射率，提高了试验的可靠性。

附图说明

图1-同轴微波源原子氧地面模拟试验设备

图1中，1-微波源，2-波导及同轴转换系统，3-供氧系统，4-放电腔，5-磁体，6-中性化板，7-试样架，8-积分球，9-测试室。

具体实施方式

如图1所示，一种同轴微波源原子氧地面模拟设备，由微波源，波导及同轴转换系统，供氧系统，放电腔，磁体，中性化板，试样架，积分球，测试室等部分组成。主要功能是对材料进行上面原子氧模拟试验，评价材料在原子氧环境中的性能。