[发明专利]一种高效稳定的电弧等离子体源

说明书

技术领域

本发明属于基础等离子体研究领域，具体涉及一种高效稳定的电弧等离子体源。

背景技术

目前等离子体源主要有螺旋波等离子体源和氧化物阴极等离子体源。然而螺旋波等离子体源和氧化物阴极等离子体源，所产生的等离子体温度密度低、资源利用率低、不能稳定的产生等离子体，以及产生等离子体方式不灵活等缺点；

1、螺旋波和氧化物阴极等离子体源都需要持续注气来保证等离子体的产生，而它们的电离度又不高，这样产生的等离子体温度和密度都比较低，而且对于气体和电源的能量的利用率低，造成资源的浪费；

2、螺旋波等离子体需要通过匹配器匹配才完成能量耦合，电离气体来产生等离子体，而且随着等离子体参数和气体参数变化，匹配就会变化，所以能量耦合存在着一些问题，不能稳定的产生等离子体，；

3、氧化物阴极是通过加热阴极材料产生少量的电子，然后通过加速栅来增加电子能量，被加速后的电子与中性气体碰撞产生等离子体的，这种等离子体温度密度低，而且引入了大量的杂质，而且加热氧化物产生的巨大热量也不利于物理实验进行，此外氧化物的制备也比较繁琐，这种方式很不灵活；

4、由于螺旋波存在能量耦合问题，而氧化物阴极也存在能量耦合问题，所以二者的能量利用率很低；

基于以上问题，在基础等离子体物理研究和等离子体应用领域需要能量和资源利用率高、能灵活并且高效稳定的产生等离子体的等离子体源。

发明内容

本发明的目的是要克服现有的螺旋波等离子体需要持续注气、等离子体的温度和密度低的缺点，氧化阴极等离子体的温度和密度低，以及引入杂质等缺点，设计一款能够高效稳定产生等离子体参数好，且纯净的等离子体源。

本发明采用的技术方案是：一种高效稳定的电弧等离子体源，包括阳极、阳极铜环电极、内部陶瓷筒、中间陶瓷筒、外部陶瓷筒、阴极、阴极铜环电极、钼注气管、阴极陶瓷盖、引入电极中间绝缘、陶瓷垫圈、能量引入压线铜鼻、陶瓷绝缘盒、阳极陶瓷盖和钼垫圈，阴极和阳极共轴装配，阴极和阳极之间用陶瓷垫圈和钼垫圈交替叠填充，内部陶瓷筒套在垫圈外部，内部陶瓷筒两端分别嵌入阴极和阳极的凹槽内，内部陶瓷筒外再套上中间陶瓷筒，中间陶瓷筒的两端与阴极和阳极的内部端面相接，最后，开有装配孔的外部陶瓷筒套在中间陶瓷筒外，两端分别于阴极和阳极的外端面平齐，有装配孔的阴极陶瓷盖平铺于阴极的外端面并与阴极共轴，有装配孔的阳极陶瓷盖平铺于阳极外端面并与阳极共轴，调节阴极陶瓷盖和阳极陶瓷盖使它们的装配孔与外部陶瓷筒的装配孔共轴，使用丝杆来固定整个等离子体源。

进一步地，上述阳极铜环电极是一个内径70mm外径90mm的铜环，圆环中心位置均匀的开十二个沉头螺纹孔，环的外侧有两个对称的电极臂。

进一步地，上述阳极由金属钼做成，是一个圆柱的U形结构，外端面开有一个喇叭形出口，阳极外端面还开有一个内径70mm外径90mm，厚度3mm的环形槽，槽中间圆环内均匀的分布十二个螺纹孔，阳极铜环电极就装配这个环形槽上。

进一步地，上述阳极铜环电极是一个内径70mm外径90mm的铜环，圆环中心位置均匀的开十二个沉头螺纹孔，环的外侧有一个电极臂。

进一步地，上述阴极有金属钼做成，其内部圆柱开喇叭口，内圆柱和外圆柱之间开有一个与内部陶瓷筒壁厚一致的固定槽口，并且整个阴极中间开一个与阴极同轴的注气孔，在阴极外端面还开有一个内径70mm外径90mm，厚度3mm的环形槽，槽中间圆环内均匀的分布十二个螺纹孔，阴极铜环电极就装配这个环形槽上。

进一步地，压线铜鼻子是一端开有直径8mm深15mm的孔，另外一端是一个M8的螺柱。

进一步地，阴极铜环电极和阳极铜环电极的电极臂都开有一个8mm通孔，压线铜鼻子通过这个孔与铜环电极相连，把外部能量引入用于产生等离子体。

进一步地，上述钼注气管通过螺纹与阴极注气孔相连，另外一侧与外部的绝缘材质的注气管相连，并与注气截止阀相连，以脉冲模式把工作质气体注入电离通道。

本发明的优点和积极效果为：

(1)本发明一种高效稳定的电弧等离子体源工作在脉冲模式下，只需要脉冲注气，减小等离子体中的中性工作质气体，减少工作质气体使用量，在真空下使用时有利于提高等离子体的参数。

(2)本发明一种高效稳定的电弧等离子体源产生等离子体是使用电弧放电模式，能量利用率高，和氧化物阴极比起来不需要冷却装置，运行简便、耗能少，而且等离子体中的杂质少。