磁场与电场相互垂直条件下磁化等离子体中微波和等离子体相互作用装置

摘要

磁场与电场相互垂直条件下磁化等离子体中微波和等离子体相互作用装置，涉及一种磁化等离子体中微波和等离子体相互作用装置，本发明为解决现有技术没有在不同磁化等离子体特征情况下，微波与等离子体相互作用装置的问题。本发明包括微波产生器、铁氧体隔离器、衰减器、定向耦合器、波导管、绝缘微波窗、真空腔、多个螺线管、膈膜、等离子体源、两个朗缪尔探针、截止管、匹配微波负载、环形天线、磁探针、静电探针，多栅探针和等离子体观察仪；等离子体源为火花等离子体源，产生的火花电压用于控制等离子体密度；衰减器用于调节微波功率。本发明用于研究不同磁化等离子体特性条件下微波盒等离子体的相互作用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁化等离子体中微波和等离子体相互作用装置。

背景技术

1879年，Sir William Crookes把等离子体划为物质第四态。按这个观点，当对某一物 质从低温开始加热时，从固态逐渐融化变成液态，进而蒸发成气态。最后，如果进一步继 续加热，温度升高，单个原子将分裂成许多电子和带正电的离子，形成了物质的第四态， 即等离子体。等离子体这个术语是1982年由Irving Langmuir提出的，含义是离子和电子 群的近似电中性的集合体。它可以，也不一定必须包含本底中性气体，它能对电场和磁场 作出响应。等离子体区别于普通气体和普通电离气体的主要特征就是：这个集体中的粒子 通过电磁场，即借助于长程力出现新型的相互作用。事实上，这个集体与由这些粒子产生 而又和这些粒子相互作用的电磁场(人们称之为自洽场)一起形成了一个整体。

而等离子体的应用中，通常通过磁场来束缚并影响等离子体，因此磁化等离子体对于 微波吸收及微波对粒子作用的研究十分重要。

发明内容

本发明目的是为了解决现有技术没有在不同磁化等离子体特征情况下，微波与等离子 体相互作用装置的问题，提供了一种磁场与电场相互垂直条件下磁化等离子体中微波和等 离子体相互作用装置。

本发明所述磁场与电场相互垂直条件下磁化等离子体中微波和等离子体相互作用装 置，它包括微波产生器、铁氧体隔离器、衰减器、定向耦合器、波导管、绝缘微波窗、真 空腔、多个螺线管、膈膜、等离子体源、两个朗缪尔探针、截止管、匹配微波负载、环形 天线、磁探针、静电探针，多栅探针和等离子体观察仪；

所述微波产生器、铁氧体隔离器、衰减器和定向耦合器依次相接，经过一90°角的转 弯后接于波导管，波导管的上端开有绝缘微波窗，波导管的末端置有匹配微波负载和环形 天线，波导管的绝缘微波窗与末端之间通过两个截止管分别与两个真空腔的首端连通，所 述两个真空腔通轴、且与所述波导管相互垂直；

螺线管环绕排列于真空腔的外侧，一个真空腔内部设置有膈膜，该真空腔的末端设置 有等离子体源，且该真空腔的侧壁上设置有朗缪尔探针安装孔；另一个真空腔内部设置有 等离子体观察仪，该真空腔末端设置有环形天线，该真空腔上设有朗缪尔探针安装孔、磁 探针安装孔、静电探针安装孔和多栅探针安装孔。

本发明的优点：本发明所述的磁场与电场相互垂直条件下磁化等离子体中微波和等离 子体相互作用装置，能够构建磁场与电场相互垂直的环境，等离子体密度可以通过等离子 体源的火花电压来控制，微波功率通过衰减器来调节，而且采用圆形及矩形波导管可以分 别产生H11模式和H10模式的微波。本发明所述装置能够研究不同磁化等离子体特性条 件下，微波与等离子体的相互作用。

附图说明

图1是本发明所述磁场与电场相互垂直条件下磁化等离子体中微波和等离子体相互 作用装置的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述磁场与电场相互垂 直条件下磁化等离子体中微波和等离子体相互作用装置，它包括微波产生器1、铁氧体隔 离器2、衰减器3、定向耦合器4、波导管5、绝缘微波窗6、真空腔7、多个螺线管8、 膈膜9、等离子体源10、两个朗缪尔探针11、截止管12、匹配微波负载13、环形天线14、 磁探针15、静电探针16，多栅探针17和等离子体观察仪18；

所述微波产生器1、铁氧体隔离器2、衰减器3和定向耦合器4依次相接，经过一90 °角的转弯后接于波导管5，波导管5的上端开有绝缘微波窗6，波导管5的末端置有匹 配微波负载13和环形天线14，波导管5的绝缘微波窗6与末端之间通过两个截止管12 分别与两个真空腔7的首端连通，所述两个真空腔7通轴、且与所述波导管5相互垂直；

螺线管8环绕排列于真空腔7的外侧，一个真空腔7内部设置有膈膜9，该真空腔7 的末端设置有等离子体源10，且该真空腔7的侧壁上设置有朗缪尔探针11安装孔；另一 个真空腔7内部设置有等离子体观察仪18，该真空腔7末端设置有环形天线14，该真空 腔7上设有朗缪尔探针11安装孔、磁探针15安装孔、静电探针16安装孔和多栅探针17 安装孔。

具体实施方式二：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步 说明，所述波导管5的腔体截面为矩形。

具体实施方式三：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步 说明，所述螺线管8等间距环绕排列于真空腔7的外侧。

具体实施方式四：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步 说明，所述绝缘微波窗6为三角形。

具体实施方式五：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步 说明，所述等离子体源10为火花等离子体源，产生的火花电压用于控制等离子体密度。

具体实施方式六：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步 说明，所述衰减器用于调节微波功率。

具体实施方式七：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步 说明，朗缪尔探针11安装孔、磁探针15安装孔、静电探针16安装孔和多栅探针17安装 孔在真空腔7中的位置为：磁探针15安装孔位于靠近截止管12一侧，且位于真空腔7 的上下腔体上；静电探针16安装孔位于磁探针15安装孔的远离截止管12一侧，且位于 真空腔7的上下腔体上；多栅探针17安装孔位于静电探针16安装孔的远离截止管12一 侧，且位于真空腔7的下端腔体上；朗缪尔探针11安装孔位于多栅探针17安装孔相同位 置的真空腔7的上端腔体上。

本发明所述微波和等离子体相互作用装置的工作过程如下：首先通过螺线管8产生轴 向的准稳态磁场，由微波产生器1产生的微波通过波导管5传输，并最终到达匹配微波负 载13处，从而形成互相垂直的磁场与电场。系统右侧的火花等离子体源10产生的等离子 体进入磁场，并通过截止管12穿过矩形的波导管5，从而形成磁化等离子体和微波的相 互作用。

等离子体对于微波的吸收通过定向耦合器4来测量。等离子体密度和能量通过朗缪尔 探针11、磁探针15、静电探针16及多栅探针17来测量。等离子体观察仪18用来显示和 记录等离子体在柱面的分布特性。通过等离子体后的微波由环形天线14接收并由高敏感 的接受器来记录。