双等离子体装置及其放电状态_马锦秀.pdfVIP

双等离子体装置及其放电状态* 马锦秀，李阳芳，李经菊，俞昌旋，曹径祥，汪海，闻一之 中国科学技术大学 近代物理系，合肥 230027 摘要 本文描述双等离子体装置的结构特点、真空运行状态、放电特性、以及等离子体状态的初步实验结果， 并讨论在物理实验上的应用。 一、引言 双等离子体装置在实验室等离子体物理中有很多应用，由于两个真空室既可 以单独工作，又可以对接工作，并且两真空室之间可以电绝缘使两边保持不同电 位，因此具有很大的灵活性，在这样的装置上可以进行很多等离子体物理实验， 如等离子体集体波动，带电尘埃与等离子体相互作用等等，鉴于这些原因，我们 建立了双等离子体装置。 二、双等离子体装置整体结构 此装置由左右两个对称的真空室组成，其实物照片由图 1 所示，图 2 为结构 示意图。装置由左右双筒、左右法栏盖、内部滚筒、动密封、抽气系统、真空检 图1、双等离子体装置实物照片 ______________________________________________________________________ * 本工作得到国家自然科学基金(批准40244006) 、教育部优秀青年教师资助计划和高 等学校博士学科点专项科研基金的资助。 图2、双等离子体装置结构示意图 测系统、以及冷却系统组成。 左右双筒为对称结构，是500 ×500 的不锈钢筒，筒的两端是610 ×21.5 的 法栏，在筒的上侧(或下侧)开有 150 的刀口法栏，用于接抽气系统和通过动密封 接电机。在筒的前后两侧对称开有 100 的观察窗口，用10mm 厚的石英玻璃做法 栏盖，用来观察真空室内部情况。在筒的上下侧有 16 接口各两个，用于插入规 管，在其中一侧的中间有进气口，接WTK30- 1 型针阀。在 100 观察窗的两侧各 有一个 10 的接口，用来插探针或其他元件接入口。在整个筒的外侧均匀布满20 ×20 的钕铁硼永久磁铁，磁铁的表面磁场约为5400 Gauss，其排列为环绕筒的方 向是NS 交替分布，一周排36 个，沿筒的轴向排列是相同极性，每排13 个，磁铁 固定在磁铁盒内。磁场能透入真空室，在筒的内表面许多磁偶极结构，用来表面 约束等离子体。此外在筒的外侧两排磁铁中间布有若干道8 的冷却水管(铜管)， 用来冷却筒的表面，使磁铁不因温度升高而磁性降低。在左右筒之间用聚四氟乙 烯或不锈钢法栏相连，其上可安装栅网，此法栏用绝缘螺栓固定，可以保证左右 两筒电绝缘。除刀口法栏外，其余法栏和开口处均用氟橡胶密封。 左法栏盖为610 ×21.5 的不锈钢，在其中心和两边 125mm 处开有三个50 的法栏，既可用作小观察窗，亦可用作其他部件(如探针)的接入口，法栏盖上安装 9 个电极，每3 个一组，均匀分布在3 个不同的圆周上，用来做阴极灯丝和阳极铜 网的支撑和接口。在电极周围开有矩形和环形水槽，用来冷却电极和法栏盖。此 外在垂直方向的直径上下两处对称开 10 的探针口，用来按放探针。右法栏盖与 左法栏盖的结构一样，只是少了电极和冷却水槽。 内部滚筒是472 ×414的不锈钢卷筒，固定在右真空室内，其结构分内外卷 筒组成，内卷筒是不锈钢栅网，与滚筒基座相连，固定不动，外卷筒与基座之间 用轴承相连，可以滚动。滚筒外部中间有一环齿轮，用转轴通过动密封与外部步 进电机相连，由电机驱动滚筒旋转。内部滚筒与整个真空室可以电绝缘，其用途 有两个，一是可以和真空室之间加不同偏压，用来控制内部的放电状态，二是在 里面放尘埃粉末，滚动时可以将尘埃颗粒引入等离子体，用来研究带电尘埃与等 离子体相互作用。 动密封安装在右真空室下面 150 的刀口法栏盖上，主要结构由转轴和过度套 组成，转轴按在过度套内，由轴承支撑，中间用两个 O 形橡胶圈密封，橡胶圈中 -3 间隔一斜垫，用来压紧O 形圈，转轴可自由转动，工作时真空度可达10 Pa 以下。 抽气系统由接管、真空泵、插板阀等组成