圆形波导内H11模式电磁波对等离子体的加热装置 |
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| 申请号 | CN201610165265.6 | 申请日 | 2016-03-22 | 公开(公告)号 | CN105657951A | 公开(公告)日 | 2016-06-08 |
| 申请人 | 东北石油大学; | 发明人 | 赵海龙; 张岩; 江楠; 付光杰; 孙志刚; 赵堃; | ||||
| 摘要 | 圆形 波导 内H11模式 电磁波 对 等离子体 的加热装置，属于电磁波对等离子体的加热技术领域。本 发明 用于适应在H11模式电磁波对等离子体的加热所产生的效应的研究中，对于改变 微波 功率，持续时间来考察不同功率微波对等离子体 加速 特性的实验需求。波导连接主体的外轮廓呈圆台形，波导连接主体的小端入口与接收管路的出口呈垂直连接；接收管路内设置 铁 氧 体绝缘器；微波发生器向接收管路入口发射的微波 信号 经铁氧体绝缘器进入波导连接主体的小端入口，波导连接主体的大端出口与圆形波导的入口连通，波导连接主体与圆形波导之间设置 真空 微波窗，两 根管 路分别设置在圆形波导的左右两侧，与圆形波导垂直连通。本发明主要用于对等离子体的加热。 | ||||||
| 权利要求 | 1.圆形波导内H11模式电磁波对等离子体的加热装置，其特征在于，它包括微波发生器(1)、铁氧体绝缘器(2)、探测器(3)、波导连接器(4)、真空微波窗(5)、4个真空泵(6)、圆形波导(7)、两根管路(8)、微波负载(9)和磁线圈(10)； |
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| 说明书全文 | 圆形波导内H11模式电磁波对等离子体的加热装置技术领域[0001] 本发明属于电磁波对等离子体的加热技术领域。 背景技术[0002] 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，这个集体中的粒子与由这些粒子产生的电磁场及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。 [0003] 现有的电磁波对等离子体的加热装置存在结构复杂，且等离子体内部通道内的环境差，给等离子的加速造成阻碍，使得考察的电离等离子相应的准确性低的问题，现亟需一种为实验需求考察准确性高的一种等离子体加热装置。 发明内容[0004] 本发明是适应在H11模式电磁波对等离子体的加热所产生的效应的研究中，对于改变微波功率，持续时间来考察不同功率微波对等离子体加速特性的实验需求，从而提供了一种圆形波导内H11模式电磁波对等离子体的加热装置。 [0006] 波导连接器包括波导连接主体和接收管路，波导连接主体的外轮廓呈圆台形，波导连接主体的小端入口与接收管路的出口呈垂直连接；接收管路内设置铁氧体绝缘器； [0007] 所述的微波发生器向接收管路入口发射的微波信号经铁氧体绝缘器进入波导连接主体的小端入口，波导连接主体的大端出口与圆形波导的入口连通，波导连接主体与圆形波导之间设置真空微波窗，两根管路分别设置在圆形波导的左右两侧，与圆形波导垂直连通，且两根管路位于同一条直线上， [0008] 两根管路的管壁上均缠绕有磁线圈； [0009] 接收管路上开设有孔，该孔内插有探测器，用于探测流经铁氧体绝缘器之后的微波信号； [0010] 所述的4个真空泵中，第一个真空泵设置在圆形波导的一端，第二个真空泵设置在圆形波导的另一端，第三个真空泵设置在一根管路上，第四个真空泵设置在另一根管路上； [0011] 圆形波导的另一端内插有微波负载。 [0012] 等离子体一般可以包括一部分电离的不完全电离等离子体，而把此类等离子体继续加热，最终会变成完全电离等离子体。因此本实验中用电磁波对等离子体加热具有重要意义。 [0013] 本发明带来的有益效果是，本发明可以研究H11模式电磁波对等离子体的加热所产生的效应。可以通过改变微波功率，持续时间来考察不同功率微波对等离子体的加速特性。 [0015] 图1为本发明所述的圆形波导内H11模式电磁波对等离子体的加热装置的原理示意图； [0016] 图2为管路内产生的多级聚焦磁场的磁场分布图。 具体实施方式[0017] 具体实施方式一：参见图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的圆形波导内H11模式电磁波对等离子体的加热装置，它包括微波发生器1、铁氧体绝缘器2、探测器3、波导连接器4、真空微波窗5、4个真空泵6、圆形波导7、两根管路8、微波负载9和磁线圈10； [0018] 波导连接器4包括波导连接主体4-1和接收管路4-2，波导连接主体4-1的外轮廓呈圆台形，波导连接主体4-1的小端入口与接收管路4-2的出口呈垂直连接；接收管路4-2内设置铁氧体绝缘器2； [0019] 所述的微波发生器1向接收管路4-2入口发射的微波信号经铁氧体绝缘器2进入波导连接主体4-1的小端入口，波导连接主体4-1的大端出口与圆形波导7的入口连通，波导连接主体4-1与圆形波导7之间设置真空微波窗5，两根管路8分别设置在圆形波导7的左右两侧，与圆形波导7垂直连通，且两根管路8位于同一条直线上， [0020] 两根管路8的管壁上均缠绕有磁线圈10； [0021] 接收管路4-2上开设有孔，该孔内插有探测器3，用于探测流经铁氧体绝缘器2之后的微波信号； [0022] 所述的4个真空泵6中，第一个真空泵6设置在圆形波导7的一端，第二个真空泵6设置在圆形波导7的另一端，第三个真空泵6设置在一根管路8上，第四个真空泵6设置在另一根管路8上； [0023] 圆形波导7的另一端内插有微波负载9。 [0024] 本实施方式中，微波发生器1发生微波，波导连接器4内的H10模式电磁波被转换成圆形波导7内的H11模式电磁波，4个真空泵6分别用于对其所在的通道内的空气进行抽真空，清除影响等离子体受微波影响时的响应，提高了对不同功率微波对等离子体的加速特性考察的准确性。 [0025] 因磁线圈10通电形成的电场在圆形波导7的轴线上为零，并沿着轴向的直径即：趋近于两根管路8的末端方向上逐渐增加，使得等离子体在圆形波导7内的运动不受外界条件的干扰，提高了对不同功率微波对等离子体的加速特性考察的准确性。 [0026] 具体实施方式二：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的圆形波导内H11模式电磁波对等离子体的加热装置的区别在于，它还包括静电分析器11和质谱仪12； [0027] 所述的静电分析器11用于检测圆形波导7的另一端输出的离子束的静电； [0028] 质谱仪12用于对圆形波导7的另一端输出的离子束进行分离和检测。 [0029] 本实施方式，应用电磁波对等离子体的加热所产生的效应。可以通过改变微波功率，持续时间来考察不同功率微波对等离子体的加速特性，通过静电分析器11和质谱仪12直接的分析等离子体的特性。 [0030] 具体实施方式三：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的圆形波导内H11模式电磁波对等离子体的加热装置的区别在于，所述圆形波导7的直径为14cm，管路8的长度为6m，管路8的直径为4cm。 [0031] 本实施方式，本发明在使用中，微波由微波发生器1以脉冲形式产生，圆形波导7内-1场强可达到7kVcm ，波导连接器4内的H10模式电磁波被转换成圆形波导7内的H11模式电磁波。两根管路8的末端为脉冲等离子体放电形式的等离子源的输入端。在两根管路8的末端通入气体，其气体压力在两根管路8的末端较高，到达圆形波导7内较低。对两根管路8的管壁上缠绕的磁线圈10以脉冲的形式进行通电，在两根管路8内产生纵向磁场B＝100G至 200G，T＝20ms，磁线圈10接通的脉冲的电压U＝10kV加入到两根管路8的放电管内，两根管路8内形成多级的聚焦磁场为50cm长，形成的电场在圆形波导7的轴线上为零，并沿着轴向的直径即：趋近于两根管路8的末端方向上逐渐增加。 [0032] 具体实施方式四：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的圆形波导内H11模式电磁波对等离子体的加热装置的区别在于，它还包括两个真空泵6，该两个真空泵6分别定义为第五个真空泵6和第六个真空泵6，且第五个真空泵6和第六个真空泵6分别设置在两根管路8上。 [0033] 本实施方式中，增加的第五个真空泵6和第六个真空泵6分别设置在两根管路8上，使得从两根管路8内抽真空的强度更强，两根管路8内真空环境越好使得从两根管路8末端方向上通入的等离子体能够更顺畅的运动到圆形波导7内，使得等离子体的运动环境不受外界环境的影响，使得等离子体在微波加热条件下的响应更加的精确。 |
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