[发明专利]一种基于脉冲汤逊法的实验装置及方法

权利要求书

1.一种基于脉冲汤逊法的实验装置，其特征在于，包括真空腔体(A)、用于真空腔体(A)接收光电效应释放实验所需初始电子的光学系统(B)、用于保证真空腔体(A)内气体压力和成分不变的真空系统(C)以及用于测量真空腔体(A)内电场均匀度的测量系统(D)；

所述真空腔体(A)包括真空腔室(1)、电极支座(6)、电极绝缘连接件(7)、真空位移台(8)、罗戈夫斯基电极(9)、光阴极镀膜玻璃(10)、高压线缆(11)以及绝缘套筒(12)；

所述电极支座(6)位于在真空腔室(1)内，

所述电极支座(6)的下方通过真空位移台(8)滑动连接；

所述罗戈夫斯基电极(9)包括静电极和动电极；

所述真空位移台(8)上设置有用于动电极做往复运动的真空伺服电机；

所述真空伺服电机上设置有用于控制静电极和动电极之间间距的光栅尺；

所述光阴极镀膜玻璃(10)与静电极连接，所述动电极与电极绝缘连接件(7)连接；

所述静电极与高压线缆(11)连接，所述高压线缆(11)与绝缘套筒(12)连接，所述绝缘套筒(12)与测量系统(D)连接；

所述光学系统(B)激发出光斑，光斑照射在光阴极镀膜玻璃(10)上，通过光电效应释放实验所需的初始电子。

2.根据权利要求1所述的一种基于脉冲汤逊法的实验装置，其特征在于，所述真空腔体(A)还包括第一薄膜规气压计(2)、第二薄膜规气压计(3)、微水含量检测仪(4)以及微氧含量检测仪(5)；

所述真空腔室(1)的一侧自上而下依次与第一薄膜规气压计(2)、第二薄膜规气压计(3)、微水含量检测仪(4)及微氧含量检测仪(5)连接。

3.根据权利要求1所述一种基于脉冲汤逊法的实验装置，其特征在于，所述光学系统(B)包括纳秒激光器(13)、分光镜(14)、扩束镜(15)以及光电二极管(16)；

所述纳秒激光器(13)发射出激光，激光经过分光镜(14)后一部分激光反射到光电二极管(16)上，另一部分激光经过分光镜(14)透射后进入扩束镜(15)，经过扩束镜(15)的光斑通过真空腔室(1)端盖上的窗口入射，照射在光阴极镀膜玻璃(10)上，通过光电效应释放实验所需的初始电子。

4.根据权利要求1所述的一种基于脉冲汤逊法的实验装置，其特征在于，所述真空系统(C)包括分子泵(18)和机械泵(17)；

所述分子泵(18)与真空腔室(1)的底部连接；

所述机械泵(17)的一端通过管道与真空腔室(1)连接，所述机械泵(17)的另一端与分子泵(18)连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于脉冲汤逊法的实验装置，其特征在于，所述测量系统(D)包括直流高压电源(21)、限流电阻(22)、高压探头(23)、稳压电容(24)、放大器(25)、示波器(26)以及计算机(27)；

所述直流高压电源(21)、限流电阻(22)以及稳压电容(24)串联；

所述高压探头(23)位于限流电阻(22)和稳压电容(24)连接处；

所述限流电阻(22)和稳压电容(24)串联后与绝缘套筒(12)电连接；

所述放大器(25)的一端与动电极电连接，另一端与示波器(26)电连接；

所述示波器(26)和计算机(27)通讯连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于脉冲汤逊法的实验装置，其特征在于，所述放大器(25)为增益可调跨阻抗放大器。

7.根据权利要求1所述的一种基于脉冲汤逊法的实验装置，其特征在于，所述第一本体和第二本体由铝制成。

8.根据权利要求1所述的一种基于脉冲汤逊法的实验装置，其特征在于，所述动电极和静电极由铜制成。

9.一种基于脉冲汤逊法的实验处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，确定当前电场强度U为测量时所采用的电压，d为电极间距；

步骤2，利用理想气体状态方程得到实验时气体粒子数密度则得到实验时的约化电场强度，单位为Td，其中1Td＝10^-21Vm²，T为测量时的温度，p为充气压力；

步骤3，控制实验时的电压、充气压力和电极间距，对特定约化电场强度下测量的电流波形，建立如下表达形式：

其中，I_e是测量得到的电流，N_e(0)是激光触发时刻释放的初始电子数，q₀为电子电荷，v_eff为有效电离率，T_e为电子渡越时间，τ_D为电子纵向扩散特征时间；

步骤4，通过拟合得到式中参数后，按照以下关系求得所需电子群参数：

Nτ_D＝N*τ_D

其中，k_eff表示有效电离速率系数，N表示气体的粒子数密度，ω_e表示电子漂移速度，d表示电极间距。