專利名稱:多束金屬和氣體粒子束發(fā)生裝置的制作方法
一種粒子束發(fā)生裝置。
已有的粒子束發(fā)生裝置只能產(chǎn)生一束雙粒子束離子束和電子束，其核心是多極板放電室，放電室由金屬極板和絕緣片交替迭起粘接而成，絕緣片和金屬極板的厚度為0.8～2毫米，金屬極板中心孔徑為0.8～2毫米，整個(gè)放電室放在真空環(huán)境或高壓絕緣氣體中，以保證足夠高的外部絕緣強(qiáng)度。當(dāng)裝置內(nèi)充以某種氣體(氣壓為1～100pa)。外加直流電源調(diào)到某一電壓(20～80KV)，調(diào)整氣壓到某一值時(shí)，放電室內(nèi)就產(chǎn)生一定重復(fù)頻率的脈沖放電，這時(shí)在放電室兩端能觀察到脈沖電子束和離子束。
氣體放電可用巴申曲線Ub＝f(p，d)描述，式中Ub為放電電壓，p為氣壓，d為電極間距離。多極板放電室的結(jié)構(gòu)和幾何形狀使得相鄰電極組成的單間隙的放電電壓高于整個(gè)放電室的放電電壓。當(dāng)外加電壓升高到某一值時(shí)，放電室內(nèi)將首先出現(xiàn)輝光放電。眾所周知，在輝光放電的情況下，陰極附近由于空間電荷積累而出現(xiàn)陰極壓降，這將導(dǎo)致陰極附近的第一對(duì)金屬極板組成的間隙首先放電，而外接電容上的電壓不能突變，這時(shí)，可以看成是全部外加電壓加在縮短了一個(gè)間隙的放電室兩端，分配在未放電的各個(gè)間隙上的電壓相應(yīng)升高，也即電場(chǎng)升高，接著鄰近陰極的第二個(gè)間隙基于同樣的原因而放電，這一過程繼續(xù)下去，間隙的擊穿從陰極傳播到陽極，未被擊穿的間隙上將出現(xiàn)愈來愈高的過電壓，可以推斷，最高的電場(chǎng)強(qiáng)度將出現(xiàn)在緊靠放電室陽極的那個(gè)間隙上，在這個(gè)間隙上將發(fā)生所謂的“真空二極管”過程，也就是從局部電子發(fā)射、表面微突爆炸、陰極等離子體、自收縮電子束發(fā)射到自收縮離子束發(fā)射，當(dāng)“二極管”成為導(dǎo)電通道后，電子束和離子束的發(fā)射停止，各個(gè)間隙很快恢復(fù)其絕緣性能。隨著加在放電室的電壓的恢復(fù)，將開始第二次放電。在放電過程中，作用在稱作“二極管”的間隙上的電場(chǎng)不斷升高，因此稱之為“電場(chǎng)遞增效應(yīng)”。
多極板放電室是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，能量轉(zhuǎn)換效率高的毫微秒脈沖束流發(fā)生裝置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種裝置有誘人的應(yīng)用前景，潛在的應(yīng)用范圍很廣1、使低能帶電粒子加速器小型化，脈沖化，簡(jiǎn)單化，從而在離子注入，表面處理，材料實(shí)驗(yàn)等方面得到推廣應(yīng)用；2、可用于研究強(qiáng)流脈沖電子束、離子束在真空或低壓氣體中時(shí)傳輸特性，為受控?zé)岷朔磻?yīng)，氣體激光等領(lǐng)域提供有用的數(shù)據(jù)；3、利用脈沖電子束和離子束進(jìn)行快速反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究，觀察光化學(xué)和生物物理等方面的快速反應(yīng)過程；4、歐洲核研究中心(CERN)利用這種裝置制造毫微秒大電流快速開關(guān)，以取代價(jià)格昂貴的重氫閘液管，這一研究工作取得很大的進(jìn)展；5、自收縮脈沖電子束和離子束可用于微加工工藝，與激光微加工相比，這種裝置能量轉(zhuǎn)換效率高，被對(duì)加工件光學(xué)性能要求不嚴(yán)格；6、由于強(qiáng)流脈沖電子束是在低壓氣體環(huán)境中產(chǎn)生，并很容易引出，所以這種裝置可用于帶電粒子集團(tuán)加速的研究。
但是，由于這種裝置只能產(chǎn)生單束的雙粒子束，處理面積小，功率小，進(jìn)行大面積處理時(shí)很不方便，效率很低，而且只能產(chǎn)生氣體電離子束。
本發(fā)明的任務(wù)是設(shè)計(jì)多束金屬和氣體粒子束發(fā)生裝置。
該裝置的核心即放電室也由金屬極板和絕緣片構(gòu)成，但金屬極板上的孔是兩個(gè)或兩個(gè)以上，不同金屬極板上的孔數(shù)可以相同也可以不同，孔數(shù)不同時(shí)多用于產(chǎn)生電子束，孔數(shù)相同時(shí)主要用于產(chǎn)生金屬和氣體混合離子束，用這種混合離子束對(duì)材料表面進(jìn)行處理，可使材料的表面性能大大改善?？缀蜆O板的多少可根據(jù)需要確定。
該裝置除具有單束裝置的特點(diǎn)外，最突出的特點(diǎn)是處理面積大，功率大，并且可以產(chǎn)生金屬離子束，特別是產(chǎn)生高熔點(diǎn)金屬高子束，如鉭、鎢、鉬等。
圖1為一種產(chǎn)生金屬離子束的實(shí)施例的主視圖，其中1為離子束，2為絕緣片，3為金屬極板，4為充電電阻，5為外接電容，6為電子束，7為金屬片，8為被處理材料。為了使產(chǎn)生的金屬離子束中不含雜質(zhì)，絕緣片2最好用無機(jī)材料，如可用氧化鋁陶瓷，金屬板板3最好和金屬離子的性質(zhì)相同，絕緣片2和金屬極板3間可以燒結(jié)也可用粘合劑粘接。氣體可根據(jù)需要選取。放電室產(chǎn)生的電子束6轟擊陽極附近的金屬片7，產(chǎn)生金屬離子，和氣體離子組成混合離子束，射向被處理材料8，在被處理材料8表面將發(fā)生注入和驟熱急冷兩個(gè)過程。處理后材料的表面性能將大大改善。被處理材料8距放電室不宜太遠(yuǎn)。
圖2為放電室的俯視圖。
圖3為另一種實(shí)施例，金屬極板3上的孔數(shù)不同，孔數(shù)多的金屬板板至少有四個(gè)，該裝置多用于產(chǎn)生電子束。
權(quán)利要求
1.多束金屬和氣體粒子束發(fā)生裝置，放電室由金屬極板(3〕和絕緣片〔2〕交替迭起構(gòu)成，本發(fā)明的特征是金屬極板(3)上的孔是兩個(gè)或兩個(gè)以上的，不同金屬極板上的孔數(shù)相同或不同。
2.權(quán)利要求
1所說的裝置，其特點(diǎn)是金屬片(7)在放電室陽極附近。
專利摘要
多束金屬和氣體粒子束發(fā)生裝置，放電室由金屬極板和絕緣片交替疊起構(gòu)成，金屬極板上有兩個(gè)或兩個(gè)以上的孔，不同金屬極板上的孔數(shù)相同或不同，可產(chǎn)生多束電子束和金屬離子束，處理面積大、功率大，被處理材料的表面性能大大改善，應(yīng)用范圍很廣。
文檔編號(hào)C23C14/48GK85100610SQ85100610
公開日1986年8月6日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者江興流 申請(qǐng)人:蘭州大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan