[实用新型]多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置及其应用系统

说明书

本实用新型提供一种多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置及其应用系统，通过优化现有等离子体磁约束中的磁场分布，实现增强激光诱导击穿光谱信号的目的。该装置中一对托板相应的两个环形磁铁同轴设置并形成均匀磁场；环形磁铁的轴心方向与一对背向设置的“L”型构件的对称中心轴向、一对托板的排列方向均为同一方向；“L”型构件由不锈钢材质制成，其竖直部面向对称中心均开设有凹槽，环形磁铁周向上的两端被相应一对竖直部的凹槽的底部共同限位，环形磁铁的环形表面与相应一对竖直部的凹槽的同一侧侧壁在磁力作用下紧贴固定形成轴向上的限位。该装置结构简易，灵活可调，使用简便，应用范围广，制作成本低。

技术领域

本实用新型属于光谱检测与分析领域，涉及激光诱导击穿光谱技术，具体涉及一种磁场约束激光等离子体的装置。

背景技术

激光诱导击穿光谱(Laser Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)技术是一种新型的原子光谱分析技术。由于该技术具有现场原位分析、多元素同时分析和无需对样品进行复杂预处理等优势，在定性识别和定量检测方面都有重要的应用，该技术现已被广泛用于石油、地质、材料、法医、考古、冶金、环境监测、生物医药、深空深海探测，以及国防和军事等众多领域。然而，LIBS技术与其他光谱检测技术相比探测灵敏度较低且检测限较高，因此，增强LIBS的信号强度、提高LIBS技术的检测灵敏度成为了推动LIBS技术发展的重要研究方向。

磁场约束增强等离子光谱技术通过施加适当强度的磁场限制等离子体的自由膨胀，从而实现增强等离子体光谱强度的目的，该增强技术在激光脉冲、薄膜沉积、航天器推进、太阳风演化、惯性约束聚变等领域都有着重大应用价值。当前针对磁约束增强激光等离子体的研究方案通常包括两种：

1.通过在脉冲激光束轴线的垂直方向上放置一对条形磁铁进而约束激光等离子体的膨胀，此时建立的均匀磁场方向与脉冲激光方向垂直；

2.通过在样品表面上放置环形磁铁，使脉冲激光沿环形磁铁中心线方向接触样品产生等离子体，利用单个环形磁铁所形成的局域磁场，达到约束等离子体自由扩散的目的。

以上两种方案虽然都在一定程度上实现了等离子体的磁约束效果，但是仍然存在一些问题：其一，前一种(使用一对条形磁铁方式)的激光方向只能与磁场方向垂直，后一种(使用一个环形磁铁方式)的激光方向只能与磁场方向平行，这就给实验对比研究以及进一步的磁约束优化带来了很大的限制；其二，相比于施加一对条形磁铁对等离子体的一维磁约束，单一环形磁铁所建立的磁场虽然对等离子体的约束维度更多，但是其中心处均匀磁场空间更小，这对磁场强度检测和等离子体的约束稳定性都带来了不利影响。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一种多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置及其应用系统，装置结构简易，灵活可调，使用简便，通过优化现有等离子体磁约束中的磁场分布，实现增强激光诱导击穿光谱信号的目的。

本实用新型的解决方案如下：

该多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置，包括底板和固定安装于底板上的一对托板，每个托板上固定安装有一对“L”型构件，每个托板上位于相应一对“L”型构件之间设置有一个环形磁铁；

一对托板相应的两个环形磁铁同轴设置，两个环形磁铁之间形成均匀磁场；环形磁铁的轴心方向与所述一对“L”型构件的对称中心轴向、所述一对托板的排列方向均为同一方向；

“L”型构件由不锈钢材质制成，其水平部与托板和底板平行，竖直部与托板垂直；所述一对“L”型构件彼此背向设置，即竖直部处于对称中心的近端、水平部处于对称中心的远端；竖直部面向对称中心均开设有凹槽，环形磁铁周向上的两端被相应一对竖直部的凹槽的底部共同限位，环形磁铁的环形表面与相应一对竖直部的凹槽的同一侧侧壁在磁力作用下紧贴固定形成轴向上的限位。

基于以上方案，本实用新型还进一步作了如下优化：