本發(fā)明涉及高能離子束在等離子體中長(zhǎng)距離傳輸進(jìn)行脈沖化和聚焦領(lǐng)域，特別是涉及一種細(xì)長(zhǎng)管射頻感應(yīng)耦合等離子體源反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

中性束加熱作為一種非常成熟的輔助加熱手段，它已經(jīng)在很多大型的磁約束聚變裝置中得到應(yīng)用，而注入進(jìn)去的中性粒子在等離子體中電離后會(huì)產(chǎn)生高能的快離子，這些高能離子在等離子體中的動(dòng)力學(xué)行為以及能量沉積過(guò)程一直是聚變的科研人員研究的重點(diǎn)。此外，近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)高能離子束在等離子體中飛行時(shí)，等離子體能夠?qū)﹄x子束進(jìn)行非常有效的電荷中和，實(shí)現(xiàn)非常強(qiáng)的縱向以及徑向的聚焦效果，以及能夠得到更小的脈沖離子束?，F(xiàn)階段的低氣壓射頻感應(yīng)耦合等離子體源主要應(yīng)用在半導(dǎo)體的刻蝕工藝及薄膜沉積工藝，其產(chǎn)生等離子體的大小一般為高度幾十厘米、直徑為10～50cm的圓柱型的等離子體。而高能離子束能量約在keV～MeV，因此穿越等離子體的時(shí)間很短。因此，為了使科員人員獲得更多的高能離子在等離子體中的動(dòng)力學(xué)行為以及能量沉積過(guò)程，就需要建立一種細(xì)長(zhǎng)的等離子體，使離子束與等離子體的相互作用時(shí)間變長(zhǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種細(xì)長(zhǎng)的等離子體，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，使離子束與等離子體的相互作用時(shí)間變長(zhǎng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：本發(fā)明提供了一種細(xì)長(zhǎng)管射頻感應(yīng)耦合等離子體源反應(yīng)器，包括：射頻電源、匹配網(wǎng)絡(luò)、細(xì)長(zhǎng)管、放電線圈、屏蔽層和支架，所述放電線圈纏繞在所述細(xì)長(zhǎng)管外壁上，所述射頻電源、匹配網(wǎng)絡(luò)和放電線圈通過(guò)同軸傳輸線依次連接，所述匹配網(wǎng)絡(luò)和所述放電線圈的末端之間的同軸傳輸線上連接有接地端子。

所述細(xì)長(zhǎng)管的左右兩端分別通過(guò)卡套直管和密封法蘭卡套與左微型腔室和右微型腔室連接，所述密封法蘭卡套和所述細(xì)長(zhǎng)管之間設(shè)有密封圈，所述左微型腔室和右微型腔室均為圓柱型腔室，周向的外壁為夾層結(jié)構(gòu)且設(shè)有觀察窗，所述夾層結(jié)構(gòu)設(shè)有進(jìn)水口和出水口。

所述左微型腔室的周向還設(shè)有出氣口和氣壓探測(cè)器接口，左端連接有左串聯(lián)法蘭；所述右微型腔室的周向還設(shè)有進(jìn)氣口，右端連接有右串聯(lián)法蘭。

所述屏蔽層的兩端分別與一個(gè)所述卡套直管連接，將所述放電線圈包裹在內(nèi)部；所述支架包括兩個(gè)微型腔室支撐架、屏蔽層支撐架和底板，所述兩個(gè)微型腔室支撐架和屏蔽層支撐架設(shè)置在所述底板上，所述兩個(gè)微型腔室支撐架分別與左微型腔室和右微型腔室連接，所述屏蔽層支撐架與所述屏蔽層連接。

優(yōu)選地，所述放電線圈的匝數(shù)為9～19匝。

優(yōu)選地，所述細(xì)長(zhǎng)管為內(nèi)徑4～7厘米，長(zhǎng)度1～2米的石英玻璃管或陶瓷管。

優(yōu)選地，所述觀察窗的數(shù)量為兩個(gè)，相對(duì)設(shè)置。

優(yōu)選地，所述屏蔽層支撐架的數(shù)量為兩個(gè)。

優(yōu)選地，所述射頻電源為射頻頻率為13.56MHz的功率源。

優(yōu)選地，所述出氣口連接有真空獲得設(shè)備和分子泵。

優(yōu)選地，所述左串聯(lián)法蘭和所述右串聯(lián)法蘭均為CF35法蘭，并使用與CF35法蘭匹配的盲板密封。

本發(fā)明還提供了一種細(xì)長(zhǎng)管射頻感應(yīng)耦合等離子體源反應(yīng)器，使用不少于兩個(gè)，不多于二十個(gè)如上述技術(shù)方案中所述的細(xì)長(zhǎng)管射頻感應(yīng)耦合等離子體源反應(yīng)器串聯(lián)而成，將相鄰的兩個(gè)細(xì)長(zhǎng)管射頻感應(yīng)耦合等離子體源反應(yīng)器使用其中一個(gè)的左串聯(lián)法蘭和另一個(gè)的右串聯(lián)法蘭使用無(wú)氧銅墊片密封連接。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)取得了以下技術(shù)效果：本發(fā)明不僅可以作為等離子體源反應(yīng)器單獨(dú)使用，還可以由多個(gè)串聯(lián)起來(lái)，產(chǎn)生長(zhǎng)度在1～40米、直徑為3～6厘米的細(xì)長(zhǎng)型等離子體，進(jìn)而延長(zhǎng)高能離子束在等離子體中的作用時(shí)間，為研究高能離子在等離子體中的動(dòng)力學(xué)行為以及能量沉積過(guò)程提供了基礎(chǔ)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1公開的細(xì)長(zhǎng)管射頻感應(yīng)耦合等離子體源反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2公開的細(xì)長(zhǎng)管射頻感應(yīng)耦合等離子體源反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1-左串聯(lián)法蘭，2-觀察窗，3-左微型腔室，4-氣壓探測(cè)器接口，5-進(jìn)水口，6-密封法蘭卡套，7-密封圈，8-卡套直管，9-射頻電源，10-同軸傳輸線，11-匹配網(wǎng)絡(luò)，12-接地端子，13-屏蔽層，14-放電線圈，15-細(xì)長(zhǎng)管，16-進(jìn)氣口，17-右微型腔室，18-微型腔室支撐架，19-底板，20-屏蔽層支撐架，21-出水口，22-出氣口，23-無(wú)氧銅墊片。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種細(xì)長(zhǎng)的等離子體，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，使離子束與等離子體的相互作用時(shí)間變長(zhǎng)。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

實(shí)施例1：如圖1所示，本實(shí)施例公開了一種細(xì)長(zhǎng)管射頻感應(yīng)耦合等離子體源反應(yīng)器，包括：射頻電源9、匹配網(wǎng)絡(luò)11(俗稱：射頻電源功率匹配器)、細(xì)長(zhǎng)管15、放電線圈14、屏蔽層13和支架，所述射頻電源9為射頻頻率為13.56MHz的功率源，所述細(xì)長(zhǎng)管15為內(nèi)徑4厘米，長(zhǎng)度1米的石英玻璃管，所述放電線圈14纏繞在所述細(xì)長(zhǎng)管15外壁上，匝數(shù)為9匝，所述射頻電源9、匹配網(wǎng)絡(luò)11和放電線圈14通過(guò)同軸傳輸線10依次連接，所述匹配網(wǎng)絡(luò)11和所述放電線圈14的末端之間的同軸傳輸線10上連接有接地端子12。

所述細(xì)長(zhǎng)管15的左右兩端分別通過(guò)卡套直管8和密封法蘭卡套6與左微型腔室3和右微型腔室17連接，所述密封法蘭卡套6和所述細(xì)長(zhǎng)管15之間設(shè)有密封圈7，所述左微型腔室3和右微型腔室17均為圓柱型腔室，周向的外壁為夾層結(jié)構(gòu)且相對(duì)設(shè)有兩個(gè)觀察窗2，所述夾層結(jié)構(gòu)設(shè)有進(jìn)水口5和出水口21。

所述左微型腔室3的周向還設(shè)有出氣口22和氣壓探測(cè)器接口4，所述出氣口22連接有真空獲得設(shè)備和分子泵，所述左微型腔室3的左端連接有左串聯(lián)法蘭1；所述右微型腔室17的周向還設(shè)有進(jìn)氣口16，右端連接有右串聯(lián)法蘭，所述左串聯(lián)法蘭1和所述右串聯(lián)法蘭均為CF35法蘭，并使用與CF35法蘭匹配的盲板密封。

所述屏蔽層13的兩端分別與一個(gè)所述卡套直管8連接，將所述放電線圈14包裹在內(nèi)部；所述支架包括兩個(gè)微型腔室支撐架18、兩個(gè)屏蔽層支撐架20和底板19，所述兩個(gè)微型腔室支撐架18和屏蔽層支撐架20設(shè)置在所述底板19上，所述兩個(gè)微型腔室支撐架18分別與左微型腔室3和右微型腔室17連接，所述屏蔽層支撐架20與所述屏蔽層13連接。

需要說(shuō)明的是：所述細(xì)長(zhǎng)管15可以選擇內(nèi)徑在4～7厘米，長(zhǎng)度在1～2米的石英玻璃管或陶瓷管。所述放電線圈14的匝數(shù)隨著細(xì)長(zhǎng)管15的長(zhǎng)度的增長(zhǎng)而增加，在9～19匝范圍內(nèi)可調(diào)。

本實(shí)施例使用過(guò)程如下：將工作氣體以恒定的流速通過(guò)進(jìn)氣口16，通入到右微型腔室17、細(xì)長(zhǎng)管15和左微型腔室3內(nèi)，同時(shí)將出氣口22與真空獲得設(shè)備相連，使得右微型腔室17、細(xì)長(zhǎng)管15和左微型腔室3內(nèi)的工作氣壓在1-10Pa之間；然后將射頻電源9以13.56MHz的射頻功率進(jìn)行輸出，射頻功率通過(guò)同軸傳輸線10和匹配網(wǎng)絡(luò)11，輸入到放電線圈14上，用于產(chǎn)生等離子體，此時(shí)，匹配網(wǎng)絡(luò)11進(jìn)行自動(dòng)調(diào)諧，以便產(chǎn)生射頻等離子體。

本實(shí)施例作為等離子體源反應(yīng)器單獨(dú)使用，根據(jù)細(xì)長(zhǎng)管15選擇的尺寸的不同，可以產(chǎn)生直徑在3～6厘米，長(zhǎng)度在1～2米可調(diào)的等離子體。為進(jìn)一步提高等離子體的長(zhǎng)度提供了基礎(chǔ)。

實(shí)施例2：本實(shí)施例公開了一種細(xì)長(zhǎng)管射頻感應(yīng)耦合等離子體源反應(yīng)器，使用兩個(gè)如實(shí)施例1中所述的細(xì)長(zhǎng)管射頻感應(yīng)耦合等離子體源反應(yīng)器串聯(lián)而成，將其中一個(gè)的左串聯(lián)法蘭1和另一個(gè)的右串聯(lián)法蘭使用無(wú)氧銅墊片23密封，并通過(guò)螺栓連接。

本實(shí)施例2由兩個(gè)如實(shí)施例1中所述的細(xì)長(zhǎng)管射頻感應(yīng)耦合等離子體源反應(yīng)器串聯(lián)起來(lái)，產(chǎn)生長(zhǎng)度在2～4米、直徑在3～6厘米可調(diào)的細(xì)長(zhǎng)型等離子體，進(jìn)而達(dá)到了延長(zhǎng)高能離子束在等離子體中的作用時(shí)間，為研究高能離子在等離子體中的動(dòng)力學(xué)行為以及能量沉積過(guò)程提供了基礎(chǔ)。

需要說(shuō)明的是：本實(shí)施例2僅將兩個(gè)如實(shí)施例1中所述的細(xì)長(zhǎng)管射頻感應(yīng)耦合等離子體源反應(yīng)器串聯(lián)起來(lái)使用，以產(chǎn)生更長(zhǎng)的等離子體。但并不限于此，最多可以串聯(lián)20個(gè)如實(shí)施例1中所述的細(xì)長(zhǎng)管射頻感應(yīng)耦合等離子體源反應(yīng)器，以產(chǎn)生長(zhǎng)度在40米以內(nèi)，直徑在在3～6厘米可調(diào)的超細(xì)長(zhǎng)等離子體。

本說(shuō)明書中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說(shuō)明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。