[发明专利]电子束等离子体源辅助等离子体源的磁约束系统及方法

权利要求书

1.一种电子束等离子体源辅助等离子体源的磁约束系统，其特征在于，包括：

主电子束等离子体源，通过真空法兰连接到辅助等离子体源；

所述辅助等离子体源包括一个介质真空腔、射频天线、磁体支撑机构、以及一个或多个磁体；

所述辅助等离子体源通过射频加热激发产生等离子体；

所述介质真空腔外围包裹着射频天线，用于加热激发等离子体；

所述的介质真空腔外围还设置有磁体支撑机构，其上设置有所述磁体，用于制造磁场对激发等离子体加以约束，磁体支撑机构通过垂直调节机构对磁体与磁体之间及磁体与腔体之间的距离的调节；使磁力线不进入主电子束等离子体源范围，从而在实现辅助等离子体源补充自由基的同时，不影响主电子束等离子体源的整体电势。

2.根据权利要求1所述的一种电子束等离子体源辅助等离子体源的磁约束系统，其特征在于：

所述的介质真空腔材料是玻璃或是陶瓷，所述介质真空腔独立安装于电子束等离子体源主腔体外，并具有其独立的磁场、天线系统支撑，独立的腔体使辅助等离子体源产生的电子能够通过磁场引导到辅助等离子体源自身的壁上，因而不对主电子束等离子体源的整体电势产生影响。

3.根据权利要求1所述的一种电子束等离子体源辅助等离子体源的磁约束系统，其特征在于：

所述的磁体设置为多种位型，包括：单磁体位型、双偶极位型、线圈位型；其共同的根本运作原理为通过磁场的控制，使之扩散至辅助等离子体源本身的腔壁上，将辅助等离子体源产生的电子引导到自身的腔壁上，从而达到辅助等离子体源产生的电子不进入主电子束等离子体源的目的；同时，让磁场沿辅助等离子体源腔室轴向方向衰减大于预定幅度，从而使磁场不影响主电子束等离子体源电子束的准直性。

4.根据权利要求3所述的一种电子束等离子体源辅助等离子体源的磁约束系统，其特征在于：

所述的单磁体位型的设置方式为：磁体置于天线后，即远离电子束源主腔体方向，利用单个永磁体磁场自身随距离衰减，通过选定磁体本身与腔体之间的距离，从而达到将多数辅助等离子体源产生的电子引导到辅助等离子体源腔室本身的壁上。

5.根据权利要求4所述的一种电子束等离子体源辅助等离子体源的磁约束系统，其特征在于：

所述的双偶极位型的设置方式为：在磁场配置于天线后的单磁体位型的基础是，将一个直径更大的反相磁体在同一轴向高度套在一个正向磁体上，从而制造一个多偶极磁场，使磁场沿轴向方向的衰减幅度大幅增加，从而在缩短引导电子到辅助等离子体源腔室本身的壁上所需的磁体及腔体距离。

6.根据权利要求4所述的一种电子束等离子体源辅助等离子体源的磁约束系统，其特征在于：

所述的线圈位型的设置方式为：将两个线圈分别配置与天线前后，通过线圈电流的控制获得扩散和衰减效率最优的磁场位型，或通过增加正向磁体的数量制造一个沿天线所在的轴向空间中相对均匀的磁场，增强射频加热的能力。

7.根据权利要求1所述的一种电子束等离子体源辅助等离子体源的磁约束系统，其特征在于：

该系统用于电子温度T_e  1eV的极低温等离子体源补充自由基的辅助等离子体源，该系统利用射频加热在辅助系统腔体中制造电子温度高于1eV的等离子体，从而制造化学自由基用于等离子体表面处理；同时，利用磁体将该等离子体约束于腔体中，导致辅助等离子体源产生的电子不与主电子束等离子体源等离子体交换，从而达到将自由基的产生与电子束等离子体源主等离子体参数脱耦的目的。

8.一种电子束等离子体源辅助等离子体源的磁约束方法，利用权利要求1-7之一所述的系统，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、在主电子束源腔体的边缘接上一个辅助等离子体源腔体，该辅助等离子体源腔体具备自身的射频天线、磁体以及磁体支撑机构；

步骤2、利用射频加热产生电子温度高于主电子束等离子体的等离子体，从而增加化学自由基的产生；

步骤3、利用辅助等离子体源上磁场的位型设计约束辅助等离子体源中的电子，将之引导向辅助等离子体源本身的腔壁时，使之无法进入主等离子体；

步骤4、同时，通过调节磁场的衰减幅度，降低辅助等离子体源的磁场对电子束的准直性的影响；

步骤5、辅助等离子体源产生的中性自由基由于无电荷不受电磁约束，自由进入主等离子体，从而达到电子束等离子体源的主等离子体与辅助等离子体源解耦，避免辅助等离子体影响主等离子体的等离子体电势及电子温度参数。