[发明专利]一种结构紧凑且调节温度范围广的连续分子束源系统

说明书

本发明提供一种结构紧凑且调节温度范围广的连续分子束源系统，分子束源系统中包括：束源管部分、气体连接部分、束源冷却和热屏蔽部分、束源温度测量与温度控制部分。所述束源管由一根一端封闭的金属管组成；束源管采取中间细两端粗的几何构型；在管的正中间设置直径25‑50μm的小孔用于产生分子束；一定压力的气体通过束源管前端小孔达到超声膨胀，然后经由漏勺形成一定强度的分子束流，分子束的平动能由喷嘴管的温度决定，本发明中喷嘴的温度是利用喷嘴本身电阻进行加热而不需要额外的加热部件从而实现设计上的简便性。

技术领域

本发明涉及一种用于反应动力学研究领域，具体涉及一种结构紧凑且调节温度范围广的连续分子束源系统。

背景技术

分子束技术自发明以来已经广泛用于化学和物理里有关碰撞相关的研究中，而且由于在真空环境中分子束提供了无碰撞的环境从而使科学家可以研究单独的原子、分子性质。

其中超声分子束源更是在很多研究应用中起了很大的作用。由于超声束源的形成得益与气体在喷嘴处大量碰撞，在气体膨胀过程中在符合超声束源的条件下(束源管内部压力远大于周围环境压力)，大部分的分子内能转化为平动能，从而得到单色性(速度比)很高的，同时内态分布远低于束源温度T_nozzle的高质量束源。超声膨胀导致内能冷却作为超声分子束源的重要特征，其所需要的条件分子中两个内能级的能量差要小于kT_nozzle，但当能级差与kT_nozzle相当时冷却效率就会下降，这特别是对应于质量数较小的气体。由气体动力学理论可知束源中分子速度取决于束源的温度，气体种类，所以通过控制束源温度和利用混合载气的方法超声分子束源也提供了独立的可控制分子平动能和内能的可能性。

但是想应用这技术到如氢气(H₂)，氮气(N₂)等振动能级差较大的气体时，为了能达到(～10％的振动激发效率)则需要分子束源的温度达到2000K以上的条件；除了在反应动力学研究中的重要应用之外，在研究高能分子在固体表面解离能给催化，以及分子束外延生长(MBE)等提供有用的信息。这就要求人们设计使用高温束源。在以往的设计中高温束源主要是利用电阻丝加热，套管法直接加热，或则利用电子束轰击加热，这些方案中利用电阻丝加热和电子轰击加热方式都需要另加的部件从而增加了设计的复杂性，而套管法是直接利用电流在两根同心的套管之间的流动达到直流加热的效果，但是这样对于束源管的加工有一定的难度。在本发明中只利用单层管直流加热的方式，从而在结构上达到很大的简化，得到最高能达到超过2000K的超声分子束源。

发明内容

本发明设计了一种高温超声分子束源，其包括束源管部分，冷却固定模块，温度测量以及控温部分。本发明中所有的模块都是可拆卸的组装方式从而保证了使用过程中的灵活性。本发明的技术解决问题：为了得到更简便的高温束源采取单层束源管直接电阻加热的方式，避免了使用额外的电阻丝或电子轰击源等加热部件，从而在结构上和稳定性方面得到很大的提高。

一种结构紧凑且调节温度范围广的连续分子束源系统，其束源系统中包括：束源管部分、气体供应连接部分、束源冷却和热屏蔽部分、束源温度测量与温度控制部分；

所述束源管部分包括束源管和束源安装架子，所述束源管由一根一端封闭的金属管组成；束源管采取中间细两端粗的几何构型；在管的正中间设置直径 25-50μm的小孔用于产生分子束；利用整根束源管自身电阻进行直流加热；束源管开口部分与气体供应部分通过标准1/4(6.35mm)不锈钢管VCO连接。