[发明专利]一种组合式直热六硼化镧等离子体源

说明书

本发明公开了一种组合式直热六硼化镧等离子体源，它包括模块化组成的六硼化镧发射体，由导电电极首尾相连；所述发射体下方为多层复合结构组成的热反射、隔热背板，四周由热反射、隔热侧板包围；所述导电电极与六硼化镧模块之间以柔性石墨纸填充导电，对六硼化镧直热式加热；所述背板下方安装隔热支撑架，用于等离子体源整体安装。本发明具有结构简单，易于加工，加热效率高，工作寿命长，能产生大范围等离子体环境的优点。

技术领域

本发明涉及热阴极技术领域，具体涉及一种组合式直热六硼化镧等离子体源。

背景技术

热阴极等离子体源能够相对稳定地发射电子，产生均匀的等离子体，被广泛应用在各个领域。

十九世纪末期，爱迪生发现，金属加热到足够的温度后便可发射电子，这就是最早期的热阴极。早期的热阴极使用钨钍等金属，后来发现一些碱土金属氧化物也能发射电子，并且电子发射率更高。随即发展出氧化物阴极源，其最具代表的则是氧化钡阴极源。但是这种氧化物等离子体源容易发生中毒，并且电子发射寿命较短。上个世纪五十年代，美国学者Lafferty发现一些金属的化合物同样具有发射电子的能力，如六硼化镧。这种金属化合物具有稳定的晶体结构，并且不容易与空气发生中毒反应，同时具有极高的电子发射率。这使得它在大电流密度下成为理想的选择。这种材料经常用作空心阴极，用于等离子体表面相互作用的研究。

大面积的等离子体源能够营造大尺度的等离子体环境，是很多等离子体实验的必须条件。然而，目前为止常见的六硼化镧等离子体源的尺寸较小，一般小于1cm，国内还没有实现大面积的六硼化镧阴极源。只有国外极少数机构，如美国的加州大学洛杉矶分校，研制了相对较大的六硼化镧等离子体源，尺寸能达到10cm。但是这种六硼化镧阴极源是间接加热式的，达到六硼化镧工作温度所需的热功率较高。

为了能够达到相对较高的加热效率，我们设计了一种组合式直热六硼化镧等离子体源。本发明结构简单，容易实现，可以用于产生大范围高电离的等离子体。

发明内容

为了克服当前六硼化镧阴极源的尺寸小，热损失严重，加热效率较低的缺点，并且能够以较为简单的模块化结构，以较低成本实现长寿命大尺寸等离子体环境，本发明提供了一种大面积分离加热式六硼化镧等离子体源。

本发明为了解决面临的问题，实现设计目标，使用了以下方案：

一种组合式直热六硼化镧等离子体源，包括六硼化镧发射体；所述六硼化镧发射体包括多根六硼化镧模块，所述多根六硼化镧模块由导电电极首尾相连；所述发射体下方为多层复合结构组成的热反射和隔热背板，发射体四周由热反射侧板和隔热侧板包围；所述导电电极与六硼化镧模块之间以柔性石墨纸填充导电，对六硼化镧直热式加热；所述背板下方安装隔热支撑柱。

优选地，所述隔热支撑柱用于等离子体源整体安装。

在本发明的一个实施方案中，一种组合式直热六硼化镧等离子体源，包括六硼化镧发射体，导电电极，侧板，背板和支撑架五大部分。所述六硼化镧发射体由多根直径为5mm-10mm的圆柱型六硼化镧模块在同一平面内平行放置构成；所述导电电极，由电极压块、电极压块端子和电极绝缘底座构成，底座和压块都开有直径大于六硼化镧模块的半圆型凹槽，上下压合，夹持固定六硼化镧模块，通过电极压块端子接直流电源，对六硼化镧发射体通大电流，利用焦耳热加热；所述侧板和背板都包括热反射层和隔热层，减小热损失，提高加热效率，以更小的加热功率达到六硼化镧发射体工作温度；所述支撑架，为隔热支撑柱与背板之间附加绝缘垫块以螺栓相连。

所述的一种组合式直热六硼化镧等离子体源，圆柱型六硼化镧模块平行放置在电极绝缘底座中，两端分别电极压块或电极压块端子相连，每个电极压块连接两个六硼化镧模块，电极压块端子连接一个六硼化镧模块，六硼化镧模块首尾相连，形成“S”型结构，两端由电极压块端子引出。

所述电极绝缘底座及其与背板的连接螺栓为氧化铝陶瓷。