專利名稱：一種采用磁鏡場約束的等離子體密封窗及其密封方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于核技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種采用磁鏡場約束的等離子體密封窗及其密封方法。
背景技術(shù)：
加速器系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，需要整個(gè)系統(tǒng)保持真空狀態(tài)，加速器系統(tǒng)產(chǎn)生的束流在使用時(shí)，有些情況需要將離子束引出到大氣中，例如，非真空電子束焊接，加速器驅(qū)動潔凈核能源等，有些需要在大氣中做樣品實(shí)驗(yàn)等，因此需要將加速器系統(tǒng)與大氣進(jìn)行有效地隔離。真空窗是用于進(jìn)行加速器系統(tǒng)和大氣環(huán)境隔離的部件，設(shè)置在加速器系統(tǒng)的最尾端。傳統(tǒng)的真空窗一般使用金屬薄膜，金屬薄膜做成的真空窗，因受到強(qiáng)度和散熱的限制，無法使用于強(qiáng)流情況下，并且因?yàn)橐綦x真空與大氣，薄膜的厚度不能做到很薄，會導(dǎo)致束流的能量損失較大，能散度增加，同時(shí)伴生有X射線輻射及金屬活化的問題。等離子體密封窗是一種新型的真空窗結(jié)構(gòu)，它利用等離子體通道兩端產(chǎn)生的高壓強(qiáng)差來實(shí)現(xiàn)真空系統(tǒng)和大氣的隔離。最初的等離子體密封窗是用在非真空電子束焊接上，通過等離子體密封窗，將電子束傳入大氣中，可在大氣環(huán)境下進(jìn)行電子束焊接。其后，又進(jìn)行了使用等離子體密封窗密封氣體靶的嘗試。但現(xiàn)在的等離子體密封窗存在以下一些問題1)等離子體密封窗的孔徑過小， 直徑小于5mm，限制了加速器系統(tǒng)產(chǎn)生的束流；2)等離子體密封窗的功耗較高。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決以上提出的現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出一種采用磁鏡場約束的等離子體密封窗及其密封方法。本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種采用磁鏡場約束的等離子體密封窗。本發(fā)明的采用磁鏡場約束的等離子體密封窗包括等離子體密封窗窗體，窗體是由多片中間襯有絕緣片的銅板組成，每片銅板與絕緣片中間均開有孔徑相同的小孔，多片銅板和絕緣片的小孔形成了等離子體通道；在等離子體通道的一端設(shè)置有陰極；在窗體的另一端設(shè)置有陽極；給陰極和陽極供電的密封窗電源；在窗體外設(shè)置有約束磁鐵，約束磁鐵產(chǎn)生一個(gè)與等離子通道相匹配的磁鏡場，加在等離子體通道上；給約束磁鐵供電的磁鐵電源；以及真空泵。約束磁鐵產(chǎn)生的磁鏡場的位型是在等離子體通道兩端的磁場高、等離子體通道中間的磁場低的馬鞍型結(jié)構(gòu)，加在等離子體通道上，用來約束等離子體，可提高等離子體密封窗的密封性能。等離子體通道的直徑為2-10mm。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種采用磁鏡場約束的等離子體密封窗的密封方法。本發(fā)明的一種采用磁鏡場約束的等離子體密封窗的密封方法，在等離子體密封窗窗體外設(shè)置約束磁鐵，約束磁鐵產(chǎn)生一個(gè)與等離子通道相匹配的磁鏡場，加在等離子體通道上。約束磁鐵產(chǎn)生的磁鏡場的位型是在等離子體通道兩端的磁場高、等離子體通道中間的磁場低的馬鞍型結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用約束磁鐵產(chǎn)生磁鏡場來約束等離子體密封窗內(nèi)的離子，磁鏡場的結(jié)構(gòu)是兩邊高，中間低的馬鞍型的磁場位型，可以約束等離子體通道內(nèi)的等離子體，只有高于一定能量的離子和電子可以離開等離子體通道。從而使等離子體密封窗內(nèi)的離子和電子離開等離子體密封窗的速度變慢，達(dá)到增加等離子體密封窗的壓強(qiáng)差，降低等離子體密封窗的功耗的目的。


圖1本發(fā)明的采用磁鏡場約束的等離子體密封窗的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，通過具體實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。如圖1所示，本發(fā)明的采用磁鏡場約束的等離子體密封窗包括等離子體密封窗窗體，窗體是由多片中間襯有絕緣片2的帶水冷的銅板1組成，每片銅板1與絕緣片2中間均開有孔徑相同的2-10mm直徑的小孔，多片銅板和絕緣片的小孔形成了等離子體通道3 ； 在等離子體通道3的一端設(shè)置有用鎢做的陰極4 ；陰極4安裝在帶有水冷管道的陰極底座5 上；陰極底座5安裝在固定在窗體上的腔體11上；在窗體的另一端設(shè)置有用銅做的陽極6 ； 給陰極4和陽極6供電的密封窗電源8 ；在窗體外設(shè)置有約束磁鐵7 ；給約束磁鐵供電的磁鐵電源9 ；以及在真空端P2處的真空泵10。絕緣片2采用耐高溫材料，銅板1與絕緣片2通過螺釘真空密封緊密貼合在一起。密封窗電源8是由一個(gè)高壓引弧電源和一個(gè)恒流源組成的，高壓引弧電源使等離子體密封窗放電產(chǎn)生等離子體，恒流源負(fù)責(zé)維持等離子體的狀態(tài)，為等離子體密封窗提供能量°約束磁鐵7產(chǎn)生一個(gè)與等離子通道3相匹配的在等離子體通道3兩端的磁場高、 等離子體通道3中間的磁場低的一種馬鞍型的磁鏡場，加在等離子體通道3上，用來約束等離子體，可提高等離子體密封窗的密封性能。等離子體密封窗是利用通孔中的等離子體的兩端有非常大壓力差的特性來隔離真空和大氣。本發(fā)明的等離子體密封窗的工作過程為由大氣端Pl處先送出少量的氬氣，使等離子體通道3內(nèi)的氣壓約為幾帕。在陰極4和陽極6之間加上一個(gè)IkV左右的引弧高壓，可使等離子體通道3內(nèi)發(fā)生放電，放電后，等離子體通道3內(nèi)的電阻降低，陰極4和陽極6之間維持一個(gè)100V左右的電壓，等離子體通道3中通過的電流從50-200A可調(diào)。等離子體通道3內(nèi)通過的電流越大，在等離子體通道3的兩端產(chǎn)生的壓力差越大。此時(shí)可以打開大氣端Pl處的閥門，大氣端P1處的氣壓能夠達(dá)到105Pa。加在等離子通道3外的約束磁鐵7產(chǎn)生的磁鏡場用來約束等離子體通道3中的等離子體，這樣可以改善等離子體的密封性能， 降低等離子體密封窗所需的功耗以及提高兩端的壓強(qiáng)差。通過真空泵10抽氣，使真空端P2
4處的氣壓保持在10 到IPa的范圍內(nèi)，從而提高了等離子體密封窗的密封性能。
上面描述的實(shí)施例并非用于限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可做各種的變換和修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍視權(quán)利要求范圍所界定。
權(quán)利要求
1.一種采用磁鏡場約束的等離子體密封窗，其特征在于，所述等離子體密封窗包括 等離子體密封窗窗體，窗體是由多片中間襯有絕緣片O)的銅板(1)組成，每片銅板(1) 與絕緣片(2)中間均開有孔徑相同的小孔，多片銅板和絕緣片的小孔形成了等離子體通道 (3)；在等離子體通道C3)的一端設(shè)置有陰極；在窗體的另一端設(shè)置有陽極(6)；給所述陰極⑷和陽極(6)供電的密封窗電源⑶；在窗體外設(shè)置有約束磁鐵(7)，所述約束磁鐵 (7)產(chǎn)生一個(gè)與等離子通道(3)相匹配的磁鏡場，加在等離子體通道上；給約束磁鐵供電的磁鐵電源(9)；以及真空泵(10)。
2.如權(quán)利要求1所述的等離子體密封窗，其特征在于，所述約束磁鐵(7)產(chǎn)生的磁鏡場的位型是在等離子體通道兩端的磁場高、等離子體通道中間的磁場低的馬鞍型結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的等離子體密封窗，其特征在于，所述等離子體通道(3)的直徑為 2-10mmo
4.如權(quán)利要求1所述的等離子體密封窗，其特征在于，所述陰極(4)和陽極(6)之間的電壓維持在100V左右。
5.如權(quán)利要求1所述的等離子體密封窗，其特征在于，所述等離子體通道(3)中通過的電流的范圍在50-200A之間。
6.如權(quán)利要求1所述的等離子體密封窗，其特征在于，所述等離子體密封窗的真空端 (P2)處的氣壓保持在10 到IPa的范圍內(nèi)。
7.一種采用磁鏡場約束的等離子體密封窗的密封方法，其特征在于，在等離子體密封窗窗體外設(shè)置約束磁鐵，約束磁鐵產(chǎn)生一個(gè)與等離子通道相匹配的磁鏡場，加在等離子體通道上。
8.如權(quán)利要求7所述的密封方法，其特征在于，所述約束磁鐵產(chǎn)生的磁鏡場的位型是在等離子體通道兩端的磁場高、等離子體通道中間的磁場低的馬鞍型結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用磁鏡場約束的等離子體密封窗及其密封方法。本發(fā)明的等離子體密封窗包括等離子體密封窗窗體，窗體中間形成的等離子體通道；在等離子體通道的一端設(shè)置有陰極；在窗體的另一端設(shè)置有陽極；在陰極和陽極上連接有密封窗電源；在窗體外設(shè)置有約束磁鐵；給約束磁鐵供電的磁鐵電源，以及真空泵。本發(fā)明采用約束磁鐵產(chǎn)生磁鏡場來約束等離子體密封窗內(nèi)的離子，磁鏡場的結(jié)構(gòu)是兩邊高，中間低的磁場位型，可以約束等離子體通道內(nèi)的等離子體，只有高于一定能量的離子和電子可以離開等離子體通道。從而使等離子體密封窗內(nèi)的離子和電子離開等離子體密封窗的速度變慢，達(dá)到增加等離子體密封窗的壓強(qiáng)差，降低等離子體密封窗的功耗的目的。
文檔編號H05H1/14GK102523673SQ201110427059
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者史本良, 朱昆, 王智, 陸元榮, 顏學(xué)慶, 黃勝 申請人:北京大學(xué)