一种细长管射频感应耦合等离子体源反应器的制作方法

本实用新型涉及高能离子束在等离子体中长距离传输进行脉冲化和聚焦领域，特别是涉及一种细长管射频感应耦合等离子体源反应器。

背景技术：

中性束加热作为一种非常成熟的辅助加热手段，它已经在很多大型的磁约束聚变装置中得到应用，而注入进去的中性粒子在等离子体中电离后会产生高能的快离子，这些高能离子在等离子体中的动力学行为以及能量沉积过程一直是聚变的科研人员研究的重点。此外，近年来研究发现高能离子束在等离子体中飞行时，等离子体能够对离子束进行非常有效的电荷中和，实现非常强的纵向以及径向的聚焦效果，以及能够得到更小的脉冲离子束。现阶段的低气压射频感应耦合等离子体源主要应用在半导体的刻蚀工艺及薄膜沉积工艺，其产生等离子体的大小一般为高度几十厘米、直径为10～50cm的圆柱型的等离子体。而高能离子束能量约在keV～MeV，因此穿越等离子体的时间很短。因此，为了使科员人员获得更多的高能离子在等离子体中的动力学行为以及能量沉积过程，就需要建立一种细长的等离子体，使离子束与等离子体的相互作用时间变长。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种细长的等离子体，以解决上述现有技术存在的问题，使离子束与等离子体的相互作用时间变长。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供了一种细长管射频感应耦合等离子体源反应器，包括：射频电源、匹配网络、细长管、放电线圈、屏蔽层和支架，所述放电线圈缠绕在所述细长管外壁上，所述射频电源、匹配网络和放电线圈通过同轴传输线依次连接，所述匹配网络和所述放电线圈的末端之间的同轴传输线上连接有接地端子。

所述细长管的左右两端分别通过卡套直管和密封法兰卡套与左微型腔室和右微型腔室连接，所述密封法兰卡套和所述细长管之间设有密封圈，所述左微型腔室和右微型腔室均为圆柱型腔室，周向的外壁为夹层结构且设有观察窗，所述夹层结构设有进水口和出水口。

所述左微型腔室的周向还设有出气口和气压探测器接口，左端连接有左串联法兰；所述右微型腔室的周向还设有进气口，右端连接有右串联法兰。

所述屏蔽层的两端分别与一个所述卡套直管连接，将所述放电线圈包裹在内部；所述支架包括两个微型腔室支撑架、屏蔽层支撑架和底板，所述两个微型腔室支撑架和屏蔽层支撑架设置在所述底板上，所述两个微型腔室支撑架分别与左微型腔室和右微型腔室连接，所述屏蔽层支撑架与所述屏蔽层连接。

优选地，所述放电线圈的匝数为9～19匝。

优选地，所述细长管为内径4～7厘米，长度1～2米的石英玻璃管或陶瓷管。

优选地，所述观察窗的数量为两个，相对设置。

优选地，所述屏蔽层支撑架的数量为两个。

优选地，所述射频电源为射频频率为13.56MHz的功率源。

优选地，所述出气口连接有真空获得设备和分子泵。

优选地，所述左串联法兰和所述右串联法兰均为CF35法兰，并使用与CF35法兰匹配的盲板密封。

本实用新型还提供了一种串联式细长管射频感应耦合等离子体源反应器系统，使用不少于两个，不多于二十个如上述技术方案中所述的细长管射频感应耦合等离子体源反应器串联而成，将相邻的两个细长管射频感应耦合等离子体源反应器使用其中一个的左串联法兰和另一个的右串联法兰使用无氧铜垫片密封连接。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：本实用新型不仅可以作为等离子体源反应器单独使用，还可以由多个串联起来，产生长度在1～40米、直径为3～6厘米的细长型等离子体，进而延长高能离子束在等离子体中的作用时间，为研究高能离子在等离子体中的动力学行为以及能量沉积过程提供了基础。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1公开的细长管射频感应耦合等离子体源反应器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例2公开的串联式细长管射频感应耦合等离子体源反应器系统的结构示意图；

其中，1-左串联法兰，2-观察窗，3-左微型腔室，4-气压探测器接口，5-进水口，6-密封法兰卡套，7-密封圈，8-卡套直管，9-射频电源，10-同轴传输线，11-匹配网络，12-接地端子，13-屏蔽层，14-放电线圈，15-细长管，16-进气口，17-右微型腔室，18-微型腔室支撑架，19-底板，20-屏蔽层支撑架，21-出水口，22-出气口，23-无氧铜垫片。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种细长的等离子体，以解决上述现有技术存在的问题，使离子束与等离子体的相互作用时间变长。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例1：如图1所示，本实施例公开了一种细长管射频感应耦合等离子体源反应器，包括：射频电源9、匹配网络11(俗称：射频电源功率匹配器)、细长管15、放电线圈14、屏蔽层13和支架，所述射频电源9为射频频率为13.56MHz的功率源，所述细长管15为内径4厘米，长度1米的石英玻璃管，所述放电线圈14缠绕在所述细长管15外壁上，匝数为9匝，所述射频电源9、匹配网络11和放电线圈14通过同轴传输线10依次连接，所述匹配网络11和所述放电线圈14的末端之间的同轴传输线10上连接有接地端子12。

所述细长管15的左右两端分别通过卡套直管8和密封法兰卡套6与左微型腔室3和右微型腔室17连接，所述密封法兰卡套6和所述细长管15之间设有密封圈7，所述左微型腔室3和右微型腔室17均为圆柱型腔室，周向的外壁为夹层结构且相对设有两个观察窗2，所述夹层结构设有进水口5和出水口21。

所述左微型腔室3的周向还设有出气口22和气压探测器接口4，所述出气口22连接有真空获得设备和分子泵，所述左微型腔室3的左端连接有左串联法兰1；所述右微型腔室17的周向还设有进气口16，右端连接有右串联法兰，所述左串联法兰1和所述右串联法兰均为CF35法兰，并使用与CF35法兰匹配的盲板密封。

所述屏蔽层13的两端分别与一个所述卡套直管8连接，将所述放电线圈14包裹在内部；所述支架包括两个微型腔室支撑架18、两个屏蔽层支撑架20和底板19，所述两个微型腔室支撑架18和屏蔽层支撑架20设置在所述底板19上，所述两个微型腔室支撑架18分别与左微型腔室3和右微型腔室17连接，所述屏蔽层支撑架20与所述屏蔽层13连接。

需要说明的是：所述细长管15可以选择内径在4～7厘米，长度在1～2米的石英玻璃管或陶瓷管。所述放电线圈14的匝数随着细长管15的长度的增长而增加，在9～19匝范围内可调。

本实施例使用过程如下：将工作气体以恒定的流速通过进气口16，通入到右微型腔室17、细长管15和左微型腔室3内，同时将出气口22与真空获得设备相连，使得右微型腔室17、细长管15和左微型腔室3内的工作气压在1-10Pa之间；然后将射频电源9以13.56MHz的射频功率进行输出，射频功率通过同轴传输线10和匹配网络11，输入到放电线圈14上，用于产生等离子体，此时，匹配网络11进行自动调谐，以便产生射频等离子体。

本实施例作为等离子体源反应器单独使用，根据细长管15选择的尺寸的不同，可以产生直径在3～6厘米，长度在1～2米可调的等离子体。为进一步提高等离子体的长度提供了基础。

实施例2：本实施例公开了一种串联式细长管射频感应耦合等离子体源反应器系统，使用两个如实施例1中所述的细长管射频感应耦合等离子体源反应器串联而成，将其中一个的左串联法兰1和另一个的右串联法兰使用无氧铜垫片23密封，并通过螺栓连接。

本实施例2由两个如实施例1中所述的细长管射频感应耦合等离子体源反应器串联起来，产生长度在2～4米、直径在3～6厘米可调的细长型等离子体，进而达到了延长高能离子束在等离子体中的作用时间，为研究高能离子在等离子体中的动力学行为以及能量沉积过程提供了基础。

需要说明的是：本实施例2仅将两个如实施例1中所述的细长管射频感应耦合等离子体源反应器串联起来使用，以产生更长的等离子体。但并不限于此，最多可以串联20个如实施例1中所述的细长管射频感应耦合等离子体源反应器，以产生长度在40米以内，直径在在3～6厘米可调的超细长等离子体。

本说明书中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。