[发明专利]一种磁场控制等离子体的装置及方法

权利要求书

1.一种磁场控制等离子体的装置，其特征在于：包括等离子体发生器(1)、电磁铁(2)、电源(3)和真空装置(4)，等离子体发生器(1)与真空装置(4)连通；电磁铁(2)置于等离子体发生器(1)的内部，电源(3)置于等离子体发生器(1)的外部，电磁铁(2)与电源(3)通过导线连接。

2.根据权利要求1所述的一种磁场控制等离子体的装置，其特征在于：所述的等离子体发生器(1)设有观察窗和出气口(6)，所述的出气口(6)通过密封气管(5)与真空装置(4)的进气口连通，使用密封圈对出气口(6)与密封气管(5)的连接处进行密封。

3.根据权利要求2所述的一种磁场控制等离子体的装置，其特征在于：所述的电磁铁(2)与导线的一端连接，导线的另一端由密封管(5)的内部穿出与电源(3)连接，并使用密封胶带对导线与密封管(5)的交接处进行密封。

4.根据权利要求1所述的一种磁场控制等离子体的装置，其特征在于：所述的电源(3)为可调节直流电源。

5.一种磁场控制等离子体的方法，其特征在于：将电磁铁(2)放置于大型等离子体发生装置的等离子体发生器(1)的内腔中，导线通过等离子体发生装置的真空连接装置将电磁铁(2)与置于等离子体发生装置外部的电源(3)连接，通过调节电源(3)的电压控制电磁铁(2)的磁场强度，继而得到磁场控制等离子体的方法。

6.根据权利要求5所述的一种磁场控制等离子体的方法，其特征在于它的具体步骤为：

步骤一、首先将导线的一端与电磁铁(2)连接，并将连接有导线的电磁铁(2)放置在等离子体发生器(1)中，导线的另一端从密封气管(5)的内部穿出并与电源(3)连接，使用密封胶带对导线与密封管(5)的交接处进行密封；

步骤二、使用真空装置(4)排出等离子体发生器(1)内的气体，使等离子体发生器(1)内的气压达到30-60Pa；

步骤三、连通等离子体发生器(1)的电源，使等离子体发生器(1)的阴极和阳极放电产生等离子体，打开电源(3)，并调节电源(3)的电压进而实现对电磁铁(2)磁场强度的调节；

步骤四、在等离子体发生器(1)两侧的观察窗处放置3-18GHz的天线并将其连接到矢量网络分析仪上，调节电源(3)的电压，电压调节范围为4V-24V，观察矢量网络分析仪的相位变化；

步骤五、计算等离子体的密度与磁场强度间的变化关系，具体过程如下：

等离子体频率为ω_p，表示公式如下：

式中，ω是波的频率，∈₀真空中的介电常数，m是电子的质量；

波的传播常数为k，表示公式如下：

式中，ω是波的频率，ω_p为等离子体频率为，k₀为波在真空中的传播常数；

当波的传播常数k随空间变量缓慢变化时，考虑等离子体在长度为l的等离子体区域中的传播，其中等离子体密度变化的空间尺度比波长长，由波动方程的WKB近似解得到的波长的相位偏移为：由此得到相位偏移的变化公式为：

将公式1和公式2带入公式3中，计算得出等离子体的密度与磁场强度间的变化关系，公式如下：

式中，k₀是波在真空中的传播常数，ω是波的频率，∈₀真空中的介电常数，m是电子的质量，是微波通过等离子体所得到的相位差。