[实用新型]一种高能带电粒子束从真空到大气的引出窗口

说明书

技术领域

本实用新型涉及高能带电粒子束加工制造装备技术领域，具体涉及一种高能带电粒子束从真空到大气的引出窗口。

背景技术

高能带电粒子束加工技术以其优越的加工性能在工业领域中得到广泛应用，但是由于高能带电粒子束粒子质量极小，从粒子束产生到发射到大气的过程中，会受到大气分子的撞击，导致粒子束能量与密度的降低，使加工效果变差，因此目前传统的高能带电粒子束加工技术被限制在真空环境中进行，但真空环境的维系需要耗费巨大的加工成本，同时降低加工效率，更是制约高能带电粒子束加工技术应用于大型工件的加工制造。

为了破除真空机制的制约，高能带电粒子束的引出需要解决两大关键技术难题：一是高能带电粒子束由真空环境引出到大气中的能量损失不能太大，二是高能带电粒子束由真空环境通过引出窗口到达工件前的能量密度不能降得过低。然而，目前的引出窗口，隔绝真空能力有限,远远无法满足日益复杂的高能带电粒子束非真空加工技术需要。

实用新型内容

本实用新型解决现有高能带电粒子束加工制造装备在大气环境中进行加工制造存在的两大关键技术难题，提供一种高能带电粒子束从真空到大气的引出窗口。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种高能带电粒子束从真空到大气的引出窗口，其整体为中间开有轴向贯通的通孔的轴对称结构；该引出窗口本体主要由窗口外壳、上电极、下电极、等离子体腔壳、引弧电极、主电源和引弧电源组成；

窗口外壳为中空的金属外壳体；窗口外壳的上端面与真空环境相接；窗口外壳的内腔形成密闭的第二真空腔，该第二真空腔上接有第二真空泵；窗口外壳的下端面与大气环境相接，工件放置在窗口外壳的下方；

上电极嵌于窗口外壳的上端面上，并直接与窗口外壳电气导通；下电极嵌于窗口外壳的下端面上，并通过绝缘垫层与窗口外壳电气绝缘；上电极和下电极的中心均开设有轴向贯通的通孔，上电极上的通孔与下电极上的通孔位置轴向正对，以供粒子束通过；

等离子体腔壳环设在窗口外壳的内腔中，并处于上电极与下电极之间；等离子体腔壳的内侧壁所围空间形成柱状开放的等离子体腔，粒子束从该等离子体腔的中轴线处通过；等离子体腔壳外侧壁与窗口外壳的内侧壁所围空间形成环状密闭的水冷腔，该水冷腔上设有进水口和出水口；

上电极呈倒锥台形，上电极和等离子体腔壳之间的窗口外壳上开设有进气口；上电极的下侧表面与等离子体腔壳的上表面之间形成狭窄的导气隙，导气隙的一端接进气口，导气隙的另一端接等离子体腔；2个以上的引弧电极环绕均布在上电极的外侧，并经由导气隙指向上电极；

下电极与主电源中与粒子束极性相反的电极相连；所有引弧电极与引弧电源中与粒子束极性相反的电极相连；引弧电源中与粒子束极性相同的电极、主电源中与粒子束极性相同的电极、窗口外壳和工件和大地相连。

上述方案中，当粒子束为带负电的粒子束时，下电极与主电源的正极相连；所有引弧电极与引弧电源的正极相连；引弧电源的负极、主电源的负极、窗口外壳和工件和大地相连。当粒子束为带正电的粒子束时，下电极与主电源的负极相连；所有引弧电极与引弧电源的负极相连；引弧电源的正极、主电源的正极、窗口外壳和工件和大地相连。

上述方案中，引弧电极呈中心对称地环设在上电极的外侧。

上述方案中，等离子体腔壳的材料为高温陶瓷。

与现有技术相比，本实用新型具有如下特点：

1、引出窗口的主体由等离子体纵向引射式气动窗口组成，利用了超音速等离子体的动能压力和等离子体高温双重隔离作用，引出窗口能获得极大的真空梯度，真空隔离效果极佳。

2、通过改变电极与主电源的正负极接线，可实现等离子体对通过其的带不同电性粒子束起向心汇聚作用。

附图说明

图1为一种高能带电粒子束从真空到大气的引出窗口(高能带负电粒子束引出窗口)的示意图。

图2为另一种高能带电粒子束从真空到大气的引出窗口(高能带正电粒子束引出窗口)的示意图。

图中标号：1、粒子束；2、第一真空腔；3、第一真空泵；4、上电极；5、导气隙；6、引弧电极；7、出水口；8、水冷腔；9、等离子体腔；10、等离子体腔壳；11、第二真空泵；12、第二真空腔；13、工件；14、下电极；15、绝缘垫层；16、主电源；17、进水口；18、窗口外壳；19、引弧电源；20、进气口。

具体实施方式