[发明专利]一种组合式磁约束线形空心阴极放电装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种等离子体产生装置技术领域，尤其是一种组合式磁约束线形空心阴极放电装置。

背景技术

等离子体是自然界物质存在的“第四态”，利用等离子体的特性为人类服务的技术称为等离子体技术。迄今为止，等离子体技术已被广泛应用于焊接、切割、照明、冶金、磁流体发电、微电子加工、材料表面改性、超细超纯材料的制备、废弃物处理、飞行器隐身、等离子体天线等传统工业领域和高新技术领域。

目前，利用电场电离气体是人工生成等离子体的主要途径，这种产生等离子体的方式被称为气体放电。通常按照采用的电场种类及施加的电场参数，气体放电又分为电晕放电、辉光放电、介质阻挡放电、微波放电和射频放电等。

等离子体一般用电子密度、电子温度等参数及其空间分布来描述。不同的应用领域对等离子体的参数有不同的需求。目前，等离子体材料处理和微波与等离子体相互作用等应用与研究领域都要求产生大范围、高密度的等离子体。因此，如何按照上述需求产生并控制等离子体参数及其空间分布是等离子体产生技术的重要研究方向。

空心阴极放电属于辉光放电的一种，传统的空心阴极通常做成空心圆柱、一对平行板等深槽型结构，放电阳极放置在距离阴极开口处非常近的位置。如图1所示，电极包括具有圆柱型深槽结构的空心阴极1和阳极2。这种结构在气体放电过程中由于空心阴极效应可获得高密度高能量的等离子体，具体放电过程为：离子撞击空心阴极1产生二次电子，这些二次电子被空心阴极1内表面高压鞘层加速后形成高能电子束，受空心阴极1深槽型结构的限制，这些高能电子束被约束在空心阴极1内运动，运动过程中与中性原子不断发生碰撞电离并损失能量，由于每次碰撞电离损耗能量有限，因此这些高能电子束可以发生多次碰撞电离从而形成高密度的等离子体片3。但是，这种传统的空心阴极1放电结构形成的高密度等离子体片3大部分被局限在了空心阴极1内，不能在空心阴极1与阳极2之间形成大范围的等离子体区域。

研究表明磁约束线形空心阴极的增强型辉光放电模式是一种产生大面积、高密度等离子体的有效手段，但是现有的磁约束线形空心阴极结构单一，形成的等离子体片厚度参数受限且不可以连续调节，同时由于其采用整体式槽型阴极结构，清洗起来很不方便。目前，现有技术中尚不存在具有便于清洗，且生成的等离子体片厚度可调的磁约束线形空心阴极。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种组合式磁约束线形空心阴极放电装置，以解决采用现有的磁约束线形空心阴极所生成的大面积、高密度等离子体片厚度参数受限、不可连续调节，且阴极清洗不便的技术问题。

为实现上述目的，本发明的组合式磁约束线形空心阴极放电装置包括：阳极板、真空放电腔体和套设于该真空放电腔体外的亥姆霍兹线圈，所述的真空放电腔体与亥姆霍兹线圈同轴设置；还包括组合式空心阴极，所述的组合式空心阴极与阳极板相对、平行的设置于真空放电腔体内；该组合式空心阴极包括：若干T形阴极底板和两个阴极侧板；所述的T形阴极底板平行排列于同一平面上，相邻的两个T形阴极底板之间均形成一凹槽形阴极；所述的两个阴极侧板分别设置于组合式空心阴极的两端，并与其相邻的T形阴极底板之间平行滑动，用于调节组合式空心阴极的开口宽度。这种凹槽形阴极的放电宽度连续可调，其中，每个凹槽形阴极均匀放电的最大宽度的大小取决于槽深及放电条件；将上述可变宽度的组合式空心阴极与一个同其相对放置的阳极板放置在一个与亥姆霍兹线圈同轴的真空放电腔体内，最终在适当的磁约束放电条件下便可获得所需厚度的大面积、高密度等离子体片。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的T形阴极底板和阴极侧板的外壁上均套设有绝缘保护套，用于阻止T形阴极底板的外壁和阴极侧板的外壁放电。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的真空放电腔体采用普通玻璃、有机玻璃或聚碳酸酯材料制成。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的亥姆霍兹线圈加载的电流满足等离子体中电子的回旋运动半径大于凹槽形阴极宽度的一半，使得凹槽阴极内及相邻的凹槽形阴极之间生成的电子的运动轨迹发生交叠。