[发明专利]一种高束流直流空心阴极等离子体源

说明书

本发明公开一种高束流直流空心阴极等离子体源，包括密封管、空心电极、阴极板、连接板、第一阳极板、第二阳极板、引弧隔套和控制电源；空心电极安装在阴极板上；密封管与阴极板连接并将空心电极套入其中；密封管顶部设有用于将气体输入至空心电极中的气体导入口；连接板用于实现阴极板和第一阳极板的密封连接，并使二者之间形成电势差；第二阳极板与空心电极之间形成高密度等离子体束流；引弧隔套设在空心电极与第二阳极板之间；控制电源具有正极、负极和引弧极，正极连接第二阳极板，负极连接阴极板，引弧极连接第一阳极板。本发明可以满足多种气体的使用，并可以产生高离化率的等离子体束流，从而有效提高了能量的转化效率。

技术领域

本发明涉及低温等离子体技术领域，具体涉及的是一种高束流直流空心阴极等离子体源。

背景技术

由于全球能源需求急剧增加，在众多新能源中磁约束核聚变能被认为是最具潜力的可持续清洁能源之一。而在磁约束装置稳定运行过程中，等离子体与第一壁和偏滤器材料相互作用的问题则成为聚变堆实现商用需要解决的科学和工程难题。由于磁约束装置运行环境的高复杂程度，开展在线的精细研究难度极大，目前普遍采用实验室线性等离子体装置来模拟聚变装置堆运行工况，因而能否提供高强度、稳定等离子体输出的等离子体发生器便成为关键。

目前，应用于线性等离子体装置的微波和射频放电等离子体源，由于其能量耦合效率不高导致等离子体通量密度过低，难以模拟聚变堆等研究中高通量密度的要求。三阴极级联弧等离子体源通过弧光放电可以产生高通量的等离子体束流，但其结构复杂、耗气量大，需配备差分腔体和大抽速泵组来排除中性气体，成本高且难以用于昂贵气体。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种高束流直流空心阴极等离子体源，其可以产生高离化率的等离子体束流，并提高能量转化效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高束流直流空心阴极等离子体源，包括密封管、空心电极、阴极板、连接板、第一阳极板、第二阳极板、引弧隔套和控制电源，其中：

所述空心电极安装在阴极板上并且可以前后调节移动；

所述密封管与阴极板连接，并将空心电极套入其中，以实现对空心电极的密封，并为空心电极的移动预留余量；该密封管顶部还设有用于将气体输入至空心电极中的气体导入口；

所述第一阳极板用作等离子体源的弧电极，所述连接板用于实现阴极板和第一阳极板的密封连接，并使二者之间形成电势差；

所述第二阳极板用作等离子体源的工作电极，其与第一阳极板底部间隔30～50厘米，并与空心电极之间形成高密度等离子体束流；

所述引弧隔套设置在空心电极与第二阳极板之间，用于控制引弧区域的大小，满足不同气体的引弧；

所述控制电源具有正极、负极和引弧极，其中，正极与第二阳极板连接，负极与阴极板连接，引弧极与第一阳极板连接。

进一步地，所述阴极板内还开设有用于通入冷却水以对空心电极进行冷却的第一冷却水槽。

再进一步地，所述第一阳极板内还开设有用于通入冷却水以防止空心电极发生烧蚀、并损坏阴极板的第二冷却水槽。

更进一步地，所述第一阳极板上还设有绝缘隔板。

作为优选，所述空心电极为钽管或钽合金管，其安装在阴极板的中心轴线上，并通过螺钉锁紧。

作为优选，所述连接板采用绝缘材料制成。

作为优选，所述引弧隔套采用陶瓷或同等性质的耐高温绝缘材料制成。

作为优选，所述阴极板、第一阳极板和第二阳极板均由紫铜材料制成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：