[发明专利]新型高密度阴极等离子体源

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型高密度阴极等离子体源，主要用于各种等离子体发生装置和等离子体应用设备。

背景技术

等离子体由自然产生的称为自然等离子体(如北极光和闪电)，由人工产生的称为实验室等离子体。实验室等离子体是在有限容积的等离子体发生器中产生的。如果环境温度较低，等离子体能够通过辐射和热传导等方式向壁面传递能量，因此，要在实验室内保持等离子体状态，发生器供给的能量必须大于等离子体损失的能量。不少人工产生等离子体的方法（如爆炸法、激波法等）产生的等离子体状态只能持续很短时间（10～10秒左右），而有工业应用价值的等离子体状态则要维持较长时间（几分钟至几十小时）。能产生后一种等离子体的方法主要有：直流弧光放电法、交流工频放电法、高频感应放电法、低气压放电法（例如辉光放电法）和燃烧法。

气体放电是产生等离子体的重要手段之一。被外加电场加速的部分电离气体中的电子与中性分子碰撞，把从电场得到的能量传给气体。电子与中性分子的弹性碰撞导致分子动能增加，表现为温度升高；而非弹性碰撞则导致激发（分子或原子中的电子由低能级跃迁到高能级）、离解（分子分解为原子）或电离（分子或原子的外层电子由束缚态变为自由电子）。高温气体通过传导、对流和辐射把能量传给周围环境，在定常条件下，给定容积中的输入能量和损失能量相等。电子和重粒子（离子、分子和原子）间能量传递的速率与碰撞频率(单位时间内碰撞的次数)成正比。在稠密气体中，碰撞频繁，两类粒子的平均动能(即温度)很容易达到平衡，因此电子温度和气体温度大致相等,这是气压在一个大气压以上时的通常情况,一般称为热等离子体或平衡等离子体。在低气压条件下，碰撞很少，电子从电场得到的能量不容易传给重粒子，此时电子温度高于气体温度，通常称为冷等离子体或非平衡等离子体。

发明内容

为弥补已有技术的不足，本发明的目的是提供一种新型高密度阴极等离子体源。

本发明采用的技术方案是：

一种新型高密度阴极等离子体源，其特征在于：包括有屏蔽罩，屏蔽罩中设有屏蔽筒，屏蔽筒中设有LaB6阴极、加热元件，屏蔽罩的后端设有安装基座，安装基座为水冷热沉结构，安装基座通过数个支撑杆固定在安装法兰的内壁上，安装法兰安装进气连接件作为进气口，安装法兰自外向内贯穿一个电连接件，电连接件的周围与安装法兰之间超高真空密封，电连接件的一端与加热元件连接，安装法兰外还设有一水冷电极，水冷电极通过安装法兰内的水冷接头与加热元件连接。

所述的新型高密度阴极等离子体源，其特征在于：所述的安装法兰安装在真空室的真空法兰上，所述的屏蔽筒、LaB6阴极、加热元件、支撑杆均位于真空室内。

所述的新型高密度阴极等离子体源，其特征在于：所述的电连接件与安装法兰之间绝缘。

所述的新型高密度阴极等离子体源，其特征在于：所述的加热元件采用加热丝。

所述的新型高密度阴极等离子体源，其特征在于：所述的屏蔽筒包括有直径依次减小的屏蔽筒一、屏蔽筒二、屏蔽筒三，各屏蔽筒的一端抵在屏蔽罩的侧壁上并采用氩弧焊连接，各屏蔽筒的另一端分别设有屏蔽片一、屏蔽片二、屏蔽片三。各层屏蔽筒之间在1600℃的时候依然保持一定的均匀间距无接触。

所述的新型高密度阴极等离子体源，其特征在于：还包括有屏蔽支撑，所述的屏蔽支撑包括24个相同大小的小型钨棒，分别使用氩弧焊技术焊接在屏蔽筒一和屏蔽罩之间，既能支撑屏蔽筒又能保持屏蔽筒的屏蔽作用。

所述的新型高密度阴极等离子体源，其特征在于：所述的LaB6阴极固定在阴极保持架上，所述的阴极保持架包括两个半爿结构的凹槽圆片，阴极保持架采用极耐高温材料加工而成，阴极保持架的内部与LaB6阴极仅点接触。

所述的新型高密度阴极等离子体源，其特征在于：所述的屏蔽罩与阴极保持架之间设有石墨纸，石墨纸为特殊石墨材料的纸状薄片。石墨纸在真空和高于1600℃的温度下保持良好的电接触，并且起到阻止电子逃离的作用。

所述的新型高密度阴极等离子体源，其特征在于：所述的进气连接件为真空元器件，进气连接件与安装法兰保持超高真空密封连接，留有标准真空器件端口与外置进气机构连接。

所述的新型高密度阴极等离子体源，其特征在于：所述的水冷电极可容许大电流通过，而且始终保持与安装法兰的绝缘和超高真空密封。

安装基座采用水冷热沉结构，保护后面的电极连接件免于受到等离子体的轰击。水冷接头采用精密加工保持加热丝与水冷电极的良好接触，并且及时将接头处产生的热量带走。