矩形波導微波與等離子體相互作用裝置的製作方法

2024-04-10 11:26:05

本發明涉及能夠實現微波與等離子體在矩形波導內在一定條件下相互作用，並檢測相互作用發生後微波與等離子體參數的實驗裝置，屬於電磁場領域。

背景技術：

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形態，如果對氣體持續加熱，使分子分解為原子並發生電離，就形成了由離子、電子和中性粒子組成的「氣體」，這種狀態稱為等離子體。除加熱外，也有其他方法能夠產生等離子體，本裝置中用於產生等離子體的方法是使用火花形式等離子源。

微波是指波長介於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生實驗所需的微波。

當等離子與微波發生相互作用時，一方面等離子體對微波具有一定的吸收和反射的能力，另一方面，微波也會對等離子體發生加熱等作用。但是，這些相互作用的強度與效率，以及是否有其他反應發生，我們對此的了解是不夠的，因此需要一個能夠令兩者相遇並發生相互作用的裝置，從而從中觀測實驗結果，並總結歸納兩者相互作用的特性。該裝置需要具備以下特點：

1、由於等離子體中，物質以電子和離子的形式存在，因此作用環境需一定程度上真空，即裝置內部的氣壓應足夠低；

2、由於微波波長較長，為儘量減少功率損失，應使用波導管，並使微波在其中傳播；

3、應存在檢測探針以獲取所需的實驗數據；

4、應可以調整微波的頻率與功率；

5、應可以處理反應後的微波與等離子體。

因此，需要一個同時滿足上述條件的裝置，來提供等離子體與微波的作用環境，促使兩者發生預想的相互作用，並檢測實驗數據。

技術實現要素：

本發明是一個為提供能使頻率可調的微波與等離子體按照實驗者預想的過程發生相互作用，並檢測相互作用發生後，等離子體與微波的參數的裝置。

本發明所述矩形波導微波與等離子體相互作用裝置，它包括微波源(1)，鐵氧體絕緣衰減器(2)，定向耦合器(3)，真空密封微波窗(4)，矩形波導管(5)，金屬網格(6)，飛行管(7)，等離子體發生器(8)，真空泵源(9)，多柵等離子體探針(10)，隔膜(11)，吸波負載(12)，多電極高壓等離子探針組(13)。

多電極高壓等離子探針組(13)又包括：屏蔽等離子探針(14)，等離子內微波震蕩探針(15)，微波天線(16)。

微波源(1)通過鐵氧體絕緣衰減器(2)、定向耦合器(3)，在真空密封微波窗(4)處與矩形波導管(5)相連，用於產生微波，並將微波傳導至波導管作用區域。鐵氧體絕緣衰減器(2)設置於微波源(1)後，定向耦合器(3)前，用於調整輸出微波的頻率。矩形波導管(5)左側與微波發生裝置相連，右側為吸波負載(12)，從而控制微波沿波導管傳播。矩形波導管(5)一側通過金屬網格(6)與等離子體產生裝置相連，包括飛行管(7)、飛行管頂端的等離子體發生器(8)及真空泵源(9)。另一側則通過隔膜(11)與等離子體探針組相連。

所述矩形波導管(5)的橫截面為120*60mm，其長度為1300mm。

所述等離子體發生器(8)可以產生密度為1010～1011cm-3的等離子體。

所述泵源可以將系統真空度抽到10-4pa。

本發明的優點：本發明中，鐵氧體絕緣衰減器可以調節進入波導的微波的頻率與強度，火花型等離子發射器可以通過調節電壓的方式調節等離子體密度，整個實驗過程的主要參數均可以控制，適用於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。

本發明裝置結構比較簡單，且採用的設備多數為已經投產的設備，生產較為方便。

附圖說明

圖1是本發明所述矩形波導微波與等離子體相互作用裝置沿軸向切開的結構示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：下面結合圖1說明本實施方式，本發明所述矩形波導微波與等離子體相互作用裝置，它包括微波源(1)，鐵氧體絕緣衰減器(2)，定向耦合器(3)，真空密封微波窗(4)，矩形波導管(5)，金屬網格(6)，飛行管(7)，等離子體發生器(8)，真空泵源(9)，多柵等離子體探針(10)，隔膜(11)，吸波負載(12)，多電極高壓等離子探針組(13)。

多電極高壓等離子探針組(13)又包括：屏蔽等離子探針(14)，等離子內微波震蕩探針(15)，微波天線(16)。

微波源(1)通過鐵氧體絕緣衰減器(2)、定向耦合器(3)，在真空密封微波窗(4)處與矩形波導管(5)相連，用於產生微波，並將微波傳導至波導管作用區域。鐵氧體絕緣衰減器(2)設置於微波源(1)後，定向耦合器(3)前，用於調整輸出微波的頻率。矩形波導管(5)左側與微波發生裝置相連，右側為吸波負載(12)，從而控制微波沿波導管傳播。矩形波導管(5)一側通過金屬網格(6)與等離子體產生裝置相連，包括飛行管(7)、飛行管頂端的等離子體發生器(8)及真空泵源(9)。另一側則通過隔膜(11)與等離子體探針組相連。

本實施方式在使用中，首先開啟泵源(9)，將波導內作用環境抽至滿足要求的真空度。使用電源給火花型等粒子發射器(8)通電，等粒子發射器(8)向飛行管(7)中射出等離子體，其密度由電源電壓決定。然後利用微波源(1)產生所需的微波，並通過鐵氧體絕緣衰減器(2)調節其頻率，使之滿足實驗所 需，通過密封微波窗(4)進入作用區域。等離子體與微波在矩形波導管(5)中發生相互作用，最後通過安置在矩形波導管(5)上的探針組獲得實驗數據。

所述矩形波導微波與等離子體相互作用裝置為軸對稱結構，微波源(1)產生的微波經鐵氧體絕緣衰減器(2)通過真空密封微波窗(4)傳導至矩形波導管(5)中與等離子體發生相互作用，最後在吸波負載(12)處被吸收。

具體實施方式二：本實施方式為對實施方式一的進一步說明，本實施方式所述矩形波導管(5)的橫截面為120*60mm，其長度為1300mm。