一種體產(chǎn)生負(fù)氫離子機(jī)制的等離子體腔室的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種體產(chǎn)生負(fù)氫離子機(jī)制的射頻等離子體腔室，屬于受控磁約束核聚變輔助加熱技術(shù)中的中性束加熱領(lǐng)域。這種射頻等離子體腔室放電源區(qū)腔室上端密封連接第一進(jìn)氣口及預(yù)電離電極法蘭，下端固定密封在擴(kuò)散腔室上部密封蓋的中間部分；擴(kuò)散腔室上部密封蓋設(shè)有第二進(jìn)氣口，擴(kuò)散腔室下端密封固定在底板上。在放電源區(qū)腔室外側(cè)中間繞有放電線(xiàn)圈，在上、下兩端設(shè)有第一磁場(chǎng)線(xiàn)圈；在擴(kuò)散腔室的底部設(shè)有產(chǎn)生徑向場(chǎng)的第二磁場(chǎng)線(xiàn)圈。該射頻等離子體腔室能夠在擴(kuò)散腔室頂部補(bǔ)充新鮮的氫氣，經(jīng)過(guò)與源區(qū)擴(kuò)散下來(lái)的高能電子碰撞之后，提高擴(kuò)散區(qū)的等離子體中的激發(fā)振動(dòng)態(tài)氫分子的密度、降低電子溫度，增加在等離子體中產(chǎn)生負(fù)氫離子的幾率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種體產(chǎn)生負(fù)氫離子機(jī)制的等離子體腔室

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種體產(chǎn)生負(fù)氫離子機(jī)制的等離子體腔室，針對(duì)受控磁約束核聚變輔助加熱技術(shù)中的中性束加熱領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]受控磁約束核聚變是解決人類(lèi)未來(lái)能源問(wèn)題最有希望的解決方案之一。盡管人們對(duì)受控磁約束聚變等離子體進(jìn)行了半個(gè)多世紀(jì)的研究，但仍面臨著許多挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。其中之一就是如何把磁約束聚變等離子體長(zhǎng)時(shí)間的維持在1.5億攝氏度左右的極端溫度。而要把磁約束聚變等離子體維持在這樣高的溫度，單靠歐姆加熱還不行，必須采用二次輔助加熱手段，如中性束加熱和射頻波加熱。其中，中性束注入技術(shù)作為一種二次加熱手段，是實(shí)現(xiàn)磁約束核聚變的關(guān)鍵技術(shù)之一。與傳統(tǒng)的正離子束源相比，大功率射頻感應(yīng)離子源可以產(chǎn)生高密度負(fù)氫離子束，極大地提高了離子束中性化的效率。但是目前對(duì)于負(fù)氫離子源的研制還處于初級(jí)階段，因此本發(fā)明人設(shè)計(jì)了一套能夠進(jìn)行體產(chǎn)生負(fù)離子機(jī)制的等離子體腔室。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了實(shí)現(xiàn)體產(chǎn)生負(fù)氫離子，本發(fā)明提供了一種體產(chǎn)生負(fù)氫離子機(jī)制的等離子體腔室，該等離子體腔室能夠維持滿(mǎn)足產(chǎn)生負(fù)氫離子的等離子體。
[0004]本發(fā)明采用的技術(shù)解決方案是:一種體產(chǎn)生負(fù)氫離子機(jī)制的等離子體腔室，等離子體腔室采用放電源區(qū)腔體、擴(kuò)散區(qū)腔體、放電源區(qū)腔室密封蓋、擴(kuò)散區(qū)腔體密封蓋和底板構(gòu)成，所述放電源區(qū)腔室封蓋上設(shè)有金屬擋板軸向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、頂部觀察與測(cè)量窗口、第一進(jìn)氣口以及預(yù)電離偏壓臺(tái)，放電源區(qū)腔體的外圓柱表面纏繞放電線(xiàn)圈，在放電線(xiàn)圈的上下兩端各放置一個(gè)第一磁場(chǎng)線(xiàn)圈，擴(kuò)散區(qū)腔體密封蓋上設(shè)有第二進(jìn)氣口和密封結(jié)構(gòu)，擴(kuò)散區(qū)腔體的周邊設(shè)有多個(gè)側(cè)壁觀察與測(cè)量窗口和一個(gè)第二磁場(chǎng)線(xiàn)圈，在底板上設(shè)有底部觀察與測(cè)量窗口和出氣口。
[0005]所述金屬擋板軸向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)向桿、調(diào)節(jié)螺母、移動(dòng)法蘭、用于密封的波紋管和金屬擋板；在調(diào)整調(diào)節(jié)螺母時(shí)，移動(dòng)法蘭在導(dǎo)向桿上滑動(dòng)，使波紋管變形，位于波紋管內(nèi)的支撐桿帶動(dòng)金屬擋板移動(dòng)，改變金屬擋板與底板的距離。
[0006]所述預(yù)電離偏壓臺(tái)采用金屬法蘭、絕緣層以及金屬棒構(gòu)成；在金屬法蘭的底面上開(kāi)有密封刀口，邊緣開(kāi)有用于固定到放電源區(qū)腔室密封蓋上的螺栓孔；所述金屬棒依次密封固定在絕緣層金屬法蘭及放電源區(qū)腔室密封蓋上。
[0007]所述放電線(xiàn)圈的線(xiàn)圈匝數(shù)N為1-6，當(dāng)線(xiàn)圈匝數(shù)N大于2時(shí)，線(xiàn)圈匝與匝之間的間距采用等間距或不等間距。
[0008]所述第一進(jìn)氣口和第二進(jìn)氣口的末端采用環(huán)形勻流進(jìn)氣管。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:這種體產(chǎn)生負(fù)氫離子機(jī)制的等離子體腔室包括放電源區(qū)腔室和擴(kuò)散腔室，在放電源區(qū)腔室封蓋上設(shè)有金屬擋板軸向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、第一進(jìn)氣口和測(cè)量法蘭窗口及預(yù)電離偏壓臺(tái)；在擴(kuò)散腔室封蓋上設(shè)有第二進(jìn)氣口和密封法蘭；在放電源區(qū)腔室內(nèi)的金屬擋板通過(guò)軸向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)螺母的調(diào)整，移動(dòng)法蘭在導(dǎo)向桿上滑動(dòng)，使波紋管變形，位于波紋管內(nèi)的連接桿移動(dòng)，改變金屬擋板與擴(kuò)散腔室底板的距離，即改變放電源區(qū)腔室等離子體產(chǎn)生區(qū)的高度。該反應(yīng)室在實(shí)驗(yàn)中能夠有效地控制放電源區(qū)的等離子體的電子密度、電子溫度；以及擴(kuò)展腔室內(nèi)等離子體的密度、電子溫度和振動(dòng)激發(fā)態(tài)的氫分子密度，從而能夠創(chuàng)造產(chǎn)生負(fù)氫離子的等離子體環(huán)境，產(chǎn)生高密度的負(fù)氫離子。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是一種體產(chǎn)生負(fù)氫離子機(jī)制的等離子體腔室的結(jié)構(gòu)圖。
[0011]圖2是圖1中的4放大圖。
[0012]圖3是預(yù)電離偏壓臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖中:1、第二磁場(chǎng)線(xiàn)圈，2、擴(kuò)散區(qū)腔體密封蓋，3、第二進(jìn)氣口，4、第一磁場(chǎng)線(xiàn)圈，5、放電源區(qū)腔室密封蓋，6、金屬擋板軸向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),63、導(dǎo)向桿，6)3、調(diào)節(jié)螺母，6(3、移動(dòng)法蘭，6(1、波紋管，66、金屬擋板，6？、支撐桿，7、頂部觀察與測(cè)量窗口，8、第一進(jìn)氣口，9、預(yù)電離偏壓臺(tái)，10、放電源區(qū)腔體，11、放電線(xiàn)圈，12、密封結(jié)構(gòu)，13、金屬屏蔽罩，14、側(cè)壁觀察與測(cè)量窗口，15、擴(kuò)散區(qū)腔體，16、出氣口，17、實(shí)驗(yàn)架臺(tái)，18、底部觀察與測(cè)量窗口，19、底板，20、金屬法蘭，21、密封刀口，22、絕緣層，23、金屬棒，24、螺栓孔。

【具體實(shí)施方式】
[0014]圖1、2示出了一種體產(chǎn)生負(fù)氫離子的等離子體腔室的結(jié)構(gòu)圖。圖中，真空腔室采用放電源區(qū)腔體10、放電源區(qū)腔室密封蓋5、擴(kuò)散區(qū)腔體15、擴(kuò)散區(qū)腔體密封蓋2和底板19構(gòu)成。其中，放電源區(qū)腔室位于擴(kuò)散腔室頂部，然后固定在實(shí)驗(yàn)架臺(tái)17上。放電源區(qū)腔體10的周?chē)p繞放電線(xiàn)圈11和放置兩個(gè)磁場(chǎng)線(xiàn)圈4，并在頂端設(shè)有頂部觀察與測(cè)量窗口 7、第一進(jìn)氣口 8、預(yù)電離偏壓臺(tái)9和金屬擋板軸向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)6。擴(kuò)散區(qū)腔體15周?chē)O(shè)有6個(gè)側(cè)壁觀察與測(cè)量窗口 14和第二磁場(chǎng)線(xiàn)圈1，并在頂蓋設(shè)有第二進(jìn)氣口 3。底板19上設(shè)有出氣口 16和底部觀察與測(cè)量窗口 18。金屬擋板軸向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)6包括導(dǎo)向桿如、調(diào)節(jié)螺母66、移動(dòng)法蘭6匕保持真空腔室密封的波紋管6(1和金屬擋板66。調(diào)整調(diào)節(jié)螺母63時(shí)，移動(dòng)法蘭6(3在導(dǎo)向桿66上滑動(dòng)，使波紋管6(1變形，位于波紋管內(nèi)的支撐桿6？帶動(dòng)金屬擋板66移動(dòng)，改變金屬擋板66與擴(kuò)散腔室底板19的距離。
[0015]圖3示出了預(yù)電離偏壓臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖。預(yù)電離偏壓臺(tái)9采用金屬法蘭20、絕緣層22以及金屬棒23構(gòu)成。在金屬法蘭20的底面上開(kāi)有密封刀口 21，邊緣開(kāi)有用于固定到源區(qū)腔室封蓋5上的螺栓孔24 ；金屬棒23依次密封連接在絕緣層22、金屬法蘭20及源區(qū)腔室封蓋5上。
[0016]采用上述的技術(shù)方案，該體產(chǎn)生負(fù)氫離子機(jī)制的等離子體腔室將放電源區(qū)腔體外的放電線(xiàn)圈通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)連接低頻射頻大功率源，然后金屬擋板66連接公共地，預(yù)電離偏壓臺(tái)9通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)連接高頻小功率源，第一進(jìn)氣口 8通入適量工作氣體氫氣，第二進(jìn)氣口3同樣通入適量工作氣體氫氣，然后第一磁場(chǎng)線(xiàn)圈4和第二磁場(chǎng)線(xiàn)圈1都處于正常工作狀態(tài)，那么在放電源區(qū)腔室就能產(chǎn)生高的電子密度、高的電子溫度的氫等離子體；而在擴(kuò)散腔室內(nèi)就能形成低電子溫度，較高的電子密度和處于振動(dòng)激發(fā)態(tài)的氫分子以及高密度的負(fù)氫離子。然后在該等離子體腔室底部連接負(fù)離子體引出柵極就可以引出負(fù)氫離子的束流，就能形成負(fù)氫離子源。
[0017]總之，本發(fā)明可以產(chǎn)生在體等離子體中產(chǎn)生負(fù)氫離子。
【權(quán)利要求】
1.一種體產(chǎn)生負(fù)氫離子機(jī)制的等離子體腔室，等離子體腔室采用放電源區(qū)腔體(10)、擴(kuò)散區(qū)腔體(15)、放電源區(qū)腔室密封蓋(5)、擴(kuò)散區(qū)腔體密封蓋(2)和底板(19)構(gòu)成，其特征在于:所述放電源區(qū)腔室封蓋(5)上設(shè)有金屬擋板軸向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(6)、頂部觀察與測(cè)量窗口(7)、第一進(jìn)氣口(8)以及預(yù)電離偏壓臺(tái)(9)，放電源區(qū)腔體(10)的外圓柱表面纏繞放電線(xiàn)圈(11)，在放電線(xiàn)圈(11)的上下兩端各放置一個(gè)第一磁場(chǎng)線(xiàn)圈(4)，擴(kuò)散區(qū)腔體密封蓋(2)上設(shè)有第二進(jìn)氣口(3)和密封結(jié)構(gòu)(12)，擴(kuò)散區(qū)腔體(15)的周邊設(shè)有多個(gè)側(cè)壁觀察與測(cè)量窗口( 14)和一個(gè)第二磁場(chǎng)線(xiàn)圈(I )，在底板(19)上設(shè)有底部觀察與測(cè)量窗口( 18)和出氣口(16)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種體產(chǎn)生負(fù)氫離子機(jī)制的等離子體腔室，其特征在于:所述金屬擋板軸向位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(6)包括導(dǎo)向桿(6a)、調(diào)節(jié)螺母(6b)、移動(dòng)法蘭(6c)、用于密封的波紋管(6d )和金屬擋板(6e );在調(diào)整調(diào)節(jié)螺母(6a )時(shí),移動(dòng)法蘭(6c)在導(dǎo)向桿(6b)上滑動(dòng)，使波紋管(6d)變形，位于波紋管內(nèi)的支撐桿(6f)帶動(dòng)金屬擋板(6e)移動(dòng)，改變金屬擋板(6e)與底板(19)的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種體產(chǎn)生負(fù)氫離子機(jī)制的等離子體腔室，其特征在于:所述預(yù)電離偏壓臺(tái)(9)采用金屬法蘭(20)、絕緣層(22)以及金屬棒(23)構(gòu)成；在金屬法蘭(20)的底面上開(kāi)有密封刀口(21)，邊緣開(kāi)有用于固定到放電源區(qū)腔室密封蓋(5)上的螺栓孔(24);所述金屬棒(23)依次密封固定在絕緣層(22)、金屬法蘭(20)及放電源區(qū)腔室密封蓋(5)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種體產(chǎn)生負(fù)氫離子機(jī)制的等離子體腔室，其特征在于:所述放電線(xiàn)圈(11)的線(xiàn)圈匝數(shù)N為1-6，當(dāng)線(xiàn)圈匝數(shù)N大于2時(shí)，線(xiàn)圈匝與匝之間的間距采用等間距或不等間距。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種體產(chǎn)生負(fù)氫離子機(jī)制的等離子體腔室，其特征在于:所述第一進(jìn)氣口( 8 )和第二進(jìn)氣口( 3 )的末端采用環(huán)形勻流進(jìn)氣管。
【文檔編號(hào)】H05H1/46GK104378904SQ201410666230
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】高飛, 王友年 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)