本發(fā)明涉及能夠?qū)崿F(xiàn)微波與等離子體在圓形波導(dǎo)內(nèi)在一定條件下相互作用，并檢測(cè)相互作用發(fā)生后微波與等離子體參數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置，屬于電磁場(chǎng)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

等離子體是一種由自由電子和帶電離子為主要成分的物質(zhì)形態(tài)，如果對(duì)氣體持續(xù)加熱，使分子分解為原子并發(fā)生電離，就形成了由離子、電子和中性粒子組成的“氣體”，這種狀態(tài)稱為等離子體。除加熱外，也有其他方法能夠產(chǎn)生等離子體，本裝置中用于產(chǎn)生等離子體的方法是使用火花形式等離子源。

微波是指波長(zhǎng)介于紅外線和特高頻之間的射頻電磁波。本裝置中直接通過高功率微波源來產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)所需的微波。

當(dāng)?shù)入x子與微波發(fā)生相互作用時(shí)，一方面等離子體對(duì)微波具有一定的吸收和反射的能力，另一方面，微波也會(huì)對(duì)等離子體發(fā)生加熱等作用。但是，這些相互作用的強(qiáng)度與效率，以及是否有其他反應(yīng)發(fā)生，我們對(duì)此的了解是不夠的，因此需要一個(gè)能夠令兩者相遇并發(fā)生相互作用的裝置，從而從中觀測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并總結(jié)歸納兩者相互作用的特性。該裝置需要具備以下特點(diǎn)：

1、由于等離子體中，物質(zhì)以電子和離子的形式存在，因此作用環(huán)境需一定程度上真空，即裝置內(nèi)部的氣壓應(yīng)足夠低；

2、由于微波波長(zhǎng)較長(zhǎng)，為盡量減少功率損失，應(yīng)使用波導(dǎo)管，并使微波在其中傳播；

3、應(yīng)存在檢測(cè)探針以獲取所需的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；

4、應(yīng)可以調(diào)整微波的頻率與功率；

5、應(yīng)可以處理反應(yīng)后的微波與等離子體。

因此，需要一個(gè)同時(shí)滿足上述條件的裝置，來提供等離子體與微波的作用環(huán)境，促使兩者發(fā)生預(yù)想的相互作用，并檢測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是一個(gè)為提供能使頻率可調(diào)的微波與等離子體按照實(shí)驗(yàn)者預(yù)想的過程發(fā)生相互作用，并檢測(cè)相互作用發(fā)生后，等離子體與微波的參數(shù)的裝置。

本發(fā)明所述圓形波導(dǎo)微波與等離子體相互作用裝置，它包括微波源(1)，衰減器(2)，鐵氧體絕緣器(3)，真空密封微波窗(4)，轉(zhuǎn)換器(5)，等離子源(6)，軟管(7)，隔膜(8)，圓形波導(dǎo)管(9)，探針及微波天線(10)，等離子體觀察儀(11)，吸波負(fù)載(12)，真空泵(13)。

微波源(1)通過衰減器(2)、鐵氧體絕緣器(3)，在真空密封微波窗(4)處與矩形波導(dǎo)管相連，然后通過矩形波導(dǎo)-圓形波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器(5)與圓形波導(dǎo)管相連，用于產(chǎn)生微波，并將微波傳導(dǎo)至波導(dǎo)管作用區(qū) 域。衰減器(2)設(shè)置于微波源(1)后，與鐵氧體絕緣器(3)結(jié)合，用于調(diào)整輸出微波的頻率。矩形波導(dǎo)-圓形波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器(5)頂部通過隔膜(8)與作用區(qū)域的圓形波導(dǎo)管(9)相連，底部為等離子源(6)，等離子源則與軟管(7)相連并伸入圓形波導(dǎo)管(9)中。圓形波導(dǎo)管(9)末端設(shè)有吸波負(fù)載(12)與真空泵源(13)，另一端設(shè)有等離子體觀察儀(11)與探針和微波天線(10)。

所述等離子體發(fā)生器(6)可以產(chǎn)生密度為10¹⁰～10¹¹cm^-3的等離子體。

所述泵源(13)可以將系統(tǒng)真空度抽到10^-4pa。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明中，衰減器和鐵氧體絕緣器結(jié)合，可以調(diào)節(jié)進(jìn)入波導(dǎo)的微波的頻率與強(qiáng)度，火花型等離子發(fā)射器可以通過調(diào)節(jié)電壓的方式調(diào)節(jié)等離子體密度，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程的主要參數(shù)均可以控制，適用于觀察各種不同初始條件下的微波與等離子體的相互作用過程。

本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，且采用的設(shè)備多數(shù)為已經(jīng)投產(chǎn)的設(shè)備，生產(chǎn)較為方便。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述圓形波導(dǎo)微波與等離子體相互作用裝置沿軸向切開的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明所述圓形波導(dǎo)微波與等離子體相互作用裝置的微波源(1)的徑向切開的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：下面結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本發(fā)明所述圓形波導(dǎo)微波與等離子體相互作用裝置，它包括微波源(1)，衰減器(2)，鐵氧體絕緣器(3)，真空密封微波窗(4)，轉(zhuǎn)換器(5)，等離子源(6)，軟管(7)，隔膜(8)，圓形波導(dǎo)管(9)，探針及微波天線(10)，等離子體觀察儀(11)，吸波負(fù)載(12)，真空泵(13)。

微波源(1)通過衰減器(2)、鐵氧體絕緣器(3)，在真空密封微波窗(4)處與矩形波導(dǎo)管相連，然后通過矩形波導(dǎo)-圓形波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器(5)與圓形波導(dǎo)管相連，用于產(chǎn)生微波，并將微波傳導(dǎo)至波導(dǎo)管作用區(qū)域。衰減器(2)設(shè)置于微波源(1)后，與鐵氧體絕緣器(3)結(jié)合，用于調(diào)整輸出微波的頻率。矩形波導(dǎo)-圓形波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器(5)頂部通過隔膜(8)與作用區(qū)域的圓形波導(dǎo)管(9)相連，底部為等離子源(6)，等離子源則與軟管(7)相連并伸入圓形波導(dǎo)管(9)中。圓形波導(dǎo)管(9)末端設(shè)有吸波負(fù)載(12)與真空泵源(13)，另一端設(shè)有等離子體觀察儀(11)與探針和微波天線(10)。

本實(shí)施方式在使用中，首先開啟泵源(13)，將波導(dǎo)內(nèi)作用環(huán)境抽至滿足要求的真空度。使用電源給火花型等離子源(6)通電，等離子源(6)向軟管(7)中射入等離子體，其密度由電源電壓決定。然后利用微波源(1)產(chǎn)生所需的微波，并通過衰減器(2)以及鐵氧體絕緣器(3)調(diào)節(jié)其頻率，使之滿足實(shí)驗(yàn)所需，通過密封微波窗(4)及轉(zhuǎn)換器(5)進(jìn)入作用區(qū)域。等離子體與微波在圓形波導(dǎo)管(9)中發(fā)生相互作用，最后通過安置在圓形波導(dǎo)管(9)上的探針及觀察儀獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

所述圓形波導(dǎo)微波與等離子體相互作用裝置為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，微波源(1)產(chǎn)生的微波經(jīng)衰減器(2)以及鐵氧體絕緣器(3)通過真空密封微波窗(4)與轉(zhuǎn)換器(5)傳導(dǎo)至圓形波導(dǎo)管(9)中與等離子體發(fā)生 相互作用，最后在吸波負(fù)載(12)處被吸收。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種圓形波導(dǎo)微波與等離子體相互作用裝置。微波源通過衰減器、鐵氧體絕緣器，在真空密封微波窗處與矩形波導(dǎo)管相連，然后通過矩形波導(dǎo)-圓形波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器與圓形波導(dǎo)管相連，用于產(chǎn)生微波，并將微波傳導(dǎo)至波導(dǎo)管作用區(qū)域。衰減器設(shè)置于微波源后，與鐵氧體絕緣器結(jié)合，用于調(diào)整輸出微波的頻率。矩形波導(dǎo)-圓形波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器頂部通過隔膜與作用區(qū)域的圓形波導(dǎo)管相連，底部為等離子源，等離子源則與軟管相連并伸入圓形波導(dǎo)管中。圓形波導(dǎo)管末端設(shè)有吸波負(fù)載與真空泵源，另一端設(shè)有等離子體觀察儀與探針和微波天線。本裝置提供能使頻率可調(diào)的微波與等離子體按照實(shí)驗(yàn)者預(yù)想的過程發(fā)生相互作用，并檢測(cè)相互作用發(fā)生后，等離子體與微波的參數(shù)。

技術(shù)研發(fā)人員：林忠英;趙海龍;林雨晴;葛顏良;孫志剛;徐敏佳
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東北林業(yè)大學(xué);林忠英
技術(shù)研發(fā)日：2016.04.07
技術(shù)公布日：2017.10.20