[发明专利]超声气体束装置

说明书

本发明属于物理和化学实验技术领域，具体为一种超声气体束装置。该装置包括：五维可调气体喷嘴、三级差分光阑组、五级全钛真空腔室、涡轮分子泵和真空规管；其中，五维可调气体喷嘴处于真空腔室中，通过五维调节平台实现对喷嘴的X、Y、Z三维位置调节和X、Y方向角度调节，确保在喷气过程中使气体碰撞的静区与后续差分光阑位置匹配；五级全钛真空腔室是实现真空的主体。本发明将高压气体通过小孔向真空室中喷气，使气体在真空中自由膨胀，在喷嘴附近形成一个静区，用一个差分光阑从静区选取一束定向运动的气体束，然后再用两个差分光阑对气体束进行限束，进一步降低气体束的横向速度（即温度），最终在真空室中获得稳定的超声气体束。

技术领域

本发明属于物理和化学实验技术领域，具体涉及一种能够产生超声速气体束的实验装置，用于获得具有定向性的低温超声气体束。

背景技术

在物理与化学研究领域，经常需要获得超声速气体束，作为实验室研究对象。如果超声气体束的温度很低，则更有利于实验精度的提高。因此如何获得稳定的、连续的、定向的超声速气体束，对于物理和化学实验具有重要意义。此外超声气体束也是获得气体团簇源的主要方式。目前获得超声速气体束的主要方法就是使高压气体通过一个很小的喷嘴向真空室中喷气，通过气体的绝热膨胀，把分子的无序热运动能转化为定向运动的动能。然后再通过一个或者一组差分光阑取出一束定向性很好的超声速气体束。基于这一基本原理，本发明方案是采用高压气体经过一个小孔（如直径10微米），向真空室中喷气，使气体在真空中自由膨胀，于是在喷嘴附近形成一个静区，用一个差分光阑从静区选取一束定向运动的气体束，然后再用两个差分光阑对气体束进行限束，以进一步降低气体束的横向速度（即温度），最终在真空室中获得稳定的超声气体束。

发明内容

本发明的目的在于提供一套能够产生超声速气体束的实验装置（简称超声气体束装置），为实验室开展的物理和化学研究提供稳定的、连续的低温超声气体束。

本发明提供的超声气体束装置，其结构如图1所示，具体包括：五维可调气体喷嘴、三级差分光阑组、五级全钛真空腔室、涡轮分子泵和真空规管；其中：

所述五维可调气体喷嘴，包括：一根不锈钢管，顶端安装有一个喷嘴，气体喷嘴内可以充0.2~20 巴的气压。不锈钢管另一端固定在一个法兰上；法兰则安装在五维调节平台上，并通过一段波纹管与五级全钛真空腔室连接，使不锈钢管和喷嘴处于真空腔室中。通过五维调节平台对法兰的调节，实现对喷嘴的X、Y、Z三维位置调节和X、Y方向的角度调节，以确保在喷气过程中使气体碰撞的静区与后续差分光阑位置匹配；

所述三级差分光阑组，由三个同轴的差分光阑（Skimmer，一种类似于喇叭口的分流器）组成，光阑的作用是通过气体束并隔绝杂散气体，三个光阑分别通过三个法兰固定在一个光阑塔上（其安装面可采用铟丝密封）。光阑塔采用一体加工，确保三个光阑孔同轴以及三个平面平行，三个平面再分别与五级全钛真空腔室的真空室密封连接（其每个安装面确保密封）；光阑塔侧面挖空，确保光阑卡掉的杂散气体从侧面被抽走，尽量减少对次级真空室的影响。光阑塔的一体化设计可有效减小组装件的安装误差，很好地实现三级差分光阑的同轴以及三个安装面的平行。

所述五级全钛真空腔室，是实现真空的主体，其中，气体喷嘴通入第一级真空室中，三级差分光阑分别分隔第2到第4级真空室；第4级真空室是获得超声气体束的实验腔室；第5级真空室为收集级，即超声气体束通过第4级实验腔室以后在第5级被收集抽走，避免对第4级真空室背景真空的影响。

五级全钛真空腔室的每一级真空腔室分别设置真空规管，真空规管连接真空计，用于对各级腔室的真空度进行实时监控。

所述涡轮分子泵，用于产生整个装置工作的高真空条件。

系统的真空管道采用金属钛，连接处用CF标准的刀口法兰配合无氧铜密封圈，确保系统工作时无漏气；用分子泵与机械泵对真空管道进行抽真空。