[实用新型]一种制备钨粉尘的空心阴极等离子体装置

说明书

技术领域：

本实用新型属于核聚变能源应用领域，具体涉及一种制备钨粉尘的空心阴极等离子体装置。

背景技术

随着现今化石能源储量的日渐消耗，核聚变因其资源储量丰富，且与核裂变相比无放射性，可能成为人类的终极能源。在核聚变装置中，面对等离子材料要经受高热冲击、高剂量的中子及氘、氦等离子体辐照等复杂的物理化学反应。金属钨由于具有高熔点、低溅射率而成为最优的面对等离子体材料。但钨材料在氘、氦等离子体长时间辐照下会产生粉尘，而粉尘在托卡马克装置中的大量滞留会对装置安全性和经济性带来严重威胁。因此，对钨粉尘的基本性能及氘氦滞留研究是核聚变装置运行需要解决的重要问题。

空心阴极放电(HCD)是真空放电的一种特殊形式，当辉光放电时，阴极区、负辉区都包围在阴极空腔内部，使得负辉区相互重叠。在相同条件下，空心阴极辉光放电的电流密度比正常辉光放电时显著增大，高能电子可在阴极空间来回振荡，提高电离几率；较多的高能粒子轰击阴极表面，使阴极溅射增强，产生金属粉尘。本实用新型给出一种制备钨粉尘的空心阴极等离子体装置，通过空心阴极效应及阳极尖端放电产生强等离子体，阴极强烈自溅射产生钨粉尘，从而为研究托卡马克中钨粉尘的基本特性及氘氦滞留提供实验途径。

实用新型内容：

为了在强等离子体环境下制备模拟托卡马克钨粉尘，本实用新型提供一种制备钨粉尘的空心阴极等离子装置，在氘氦气氛中，通过阳极尖端放电及空心阴极效应产生强等离子体，阴极强烈自溅射内耗，产生钨粉尘。

制备钨粉尘的空心阴极等离子体装置的技术方案如下，包括真空室、圆柱空心阴极、钨针阳极、样品台、直流脉冲电源，所述真空腔室上开设有真空测试口、进气口、排气口、电源口、观察窗，其中所述真空测试口连接真空计；所述进气口通过进气阀门连接氦或氘气瓶；所述排气口通过法兰连接分子泵及机械泵；所述真空腔室内部中空，冷却水填充整个腔室侧壁，进行循环冷却。所述阳极通过螺柱及带孔横梁连接固定，所述脉冲直流电源通过电极法兰连接阳极，通过钼丝导线连接阴极。

所述真空室为圆柱型不锈钢真空室，内径为30cm,高度为30cm。

所述真空室上部通过进气阀连接质量流量计，经三通分别连接氦气瓶和氘气瓶。

所述真空室侧面连接分子泵，分子泵通过插板阀及前级阀连接机械泵，所述分子泵满转为27000转，极限真空优于10^-5Pa。

所述真空室下部通过预抽阀门连接机械泵，所述机械泵的抽速为8L/S，极限真空为10^-1Pa。

所述圆柱空心阴极为纯钨材料，内径为20mm，壁厚5mm，高50mm，钨管外套有内径为21mm，壁厚3mm，50mm的刚玉绝缘陶瓷管。

所述钨针阳极通过对称螺纹杆与带孔横梁连接固定，钨针的直径2mm，长度为15mm。

所述样品台所述样品台为直径为20cm,布满螺纹孔的不锈钢底托。

附图说明

图1是本实用新型提供的制备模拟钨粉尘空心阴极等离子体装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，通过实施例，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述。

图1是本实用新型提供的制备模拟钨粉尘空心阴极等离子体装置的结构示意图。如图1所示，该空心阴极等离子体装置，包括真空系统、电极结构、样品台和供水供电系统四部分，其中真空系统为空心阴极放电产生等离子体提供真空环境；电极结构产生高能等离子体；样品台用于承接样品，支撑阳极；供水系统通过腔室内壁水循环进行冷却，供电系统通过调节脉冲直流电源使空心阴极放电。真空系统为一个圆柱形的不锈钢真空室1，内径为30cm，高为30cm；所述真空室1底部通过预抽阀8连接机械泵13，真空室1侧面下部通过插板阀11 连接分子泵12，机械泵13通过前级阀9连接分子泵12。抽真空时，先用机械泵13将真空抽到5Pa以下，然后关闭预抽阀8，打开前级阀9及插板阀11，打开分子泵12抽真空，真空优于5×10^-4Pa。所述真空室1上部通过进气阀17连接氘或氦气瓶18。真空系统的气压通过真空计19测量，工作时，调节真空室内气压为30Pa。真空室1内壁为中空，冷却水循环机16连接真空室1侧面下部进水口14，使冷却水在整个腔室内壁中循环，然后通过真空室1侧面上部出水口15连接冷却水循环机16。