[发明专利]大面积均匀非磁化等离子体产生装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于气体放电等离子体领域，涉及一种气体放电产生等离子体的装置，确切讲是大面积均匀非磁化等离子体产生装置及方法，可用于研究等离子体对电磁波的影响。

背景技术

研究电磁波在等离子体中的传播特性，以及等离子体与电磁波的相互作用是宇宙飞行器再入、电离层研究、等离子体隐身技术等研究工作的基础和关键内容。一般研究方法有计算机仿真分析和真实等离子体实验，计算机仿真分析也以真实等离子体实验为基础。

设计一种等离子体的地面产生装置，是真实等离子体实验的基础，现有地面产生等离子体的方法主要有激波管、电弧风洞、等离子体喷焰和辉光放电等方法，他们都存在着以下难以克服的缺点：

1、激波管产生的等离子体电子密度高，但是产生时间很短，实验难以重复。

2、电弧风洞和等离子体喷焰产生的等离子体温度，对天线有高温烧蚀，且等离子体中含有金属离子，引起电磁波传输实验误差。

3、激波管、电弧风洞、等离子体喷焰其产生的等离子电子密度以及分布难以控制。

4、利用辉光放电产生等离子体用于研究其对电磁波影响研究的主要方法是ICP放电法，由于ICP放电产生的等离子体中存在高频调制，是磁化等离子体，这会引起电磁波传输实验误差，且ICP放电其电极存在于等离子体之中，这会引起电磁波传输实验误差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种重复性好、误差低可持续的大面积均匀非磁化等离子体产生装置及方法。

为实现上述目的，设计一种大面积均匀非磁化等离子体产生装置及方法，其特征是：包括等离子体产生腔体、真空装置和等离子电源；等离子体产生腔体包括筒状腔体、网状放电电极，网状放电电极为外径小于筒状腔体内径的空心圆状网状体，通过绝缘支撑将网状放电电极与筒状腔体连接为同心圆结构，观察窗和活页窗连接固定在筒状腔体两端。

所述的等离子体产生腔体有输气孔、排气孔和电极通孔，输气孔通过管道与真空装置的气罐连接，输气孔和气罐之间有输气控制阀，通过输气控制阀控制气罐进入等离子体产生腔体内的惰性气体；排气孔通过管道与抽气泵连接，通过抽气泵使进入惰性气体排出。

所述的网状放电电极直径约为20cm至25cm。

所述的网状放电电极环绕筒状腔体内壁，网状放电电极与筒状腔体的内壁间距离在3～5cm之间可调，且与内壁绝缘。

所述的网状放电电极为圆形空腔，筒状腔体腔体厚度约为18cm。

所述的网状放电电极与交流电源的谐振电感的一端通过电极通孔密闭相连。

所述的等离子电源包括交流电源和谐振电感，交流电源输出电压范围是100V～500V，输出频率范围在10kHz～50kHz。

所述的绝缘支撑是筒状腔体内的绝缘胶柱。

所述的绝缘支撑是观察窗和活页窗上的圆环槽。

本发明的工作过程是：

1）将活页窗闭合，拧紧紧固旋钮，使活页窗挤压密封胶条实现密封；

2）打开抽气泵，开始抽气，真空计显示当前腔体内气压；

3）检测气压抽至100Pa左右时，打开输气控制阀，向腔体内充入惰性气体；

4）继续抽气，保持腔体内的惰性气体环境；

5）当检测气压降低到20Pa以下时，打开交流电源，网状放电电极和腔体内壁等效的电容与谐振电感一起构成谐振回路，交流电源工作在谐振回路的谐振点上，使网状放电电极与腔体内壁间形成高电压间隙放电；

6）起振工作后，谐振回路电压迅速升高，空气中少量的自由电子在电场做功下，获得动能，与气体中的原子和分子发生碰撞，在非弹性碰撞过程中，电子将能量传递给原子、分子使其电离，电子与离子分离，当电压达到击穿电压后，进入汤生放电过程；

7）电压继续升高，产生的电子和离子与消失的电子和离子相等，放电实现自持；

8）此时，气体被击穿，变成导电流体，网状放电电极与腔体内壁不能构成一个电容，与导电流体一起可等效为一个电阻，电压下降到几百伏，实现辉光放电；

9）放电同时，继续充气抽气，使腔体气压维持稳定。

本发明由于采用了基于低气压辉光放电原理的大面积均匀非磁化等离子体产生装置产生等离子体，且由于该装置的特殊结构保证了该装置特别适用于研究电磁波的传播研究。

相比现有的等离子体产生装置，本装置具有以下优点：

1等离子体可持续时间长且实验可重复，理论上不受时间影响；