一种等离子体碰撞频率对电磁传播影响的实验平台及使用方法与流程

本发明涉及等离子体实验领域，具体是一种等离子体碰撞频率对电磁传播影响的实验平台及使用方法。

背景技术：

等离子体是由带正电荷的离子、负电荷的电子，以及一些中性的原子所组成的集合体，在宏观上一般呈电中性。由于含有大量的带电粒子，等离子体的基本过程受电场和磁场的影响，同时等离子体也对电磁场的传播产生各种效应。等离子体的介电特性使它获得多种应用，现已构成了电工发展的一个新学科，广泛应用于军事，能源，材料，化工及医学等领域。

等离子体对电场的传播特性的影响是等离子体应用的基础，不同的应用场合所需等离子体特性不同，表征等离子体特性的主要参数为等离子体密度和碰撞频率，等离子体体密度主要取决于放电强度；而碰撞频率与中性气体密度，电子密度，及电子温度相关，其变化特性较为复杂。因此等离子体碰撞频率对电磁传播的影响十分重要，是等离子体应用的基本理论。本发明提供一种等离子体碰撞频率对电磁传播影响的实验平台，可通过改变实验条件，考察不同中性气体密度，不同等离子体密度及电子温度对电磁传播的影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种等离子体碰撞频率对电磁传播影响的实验平台，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种等离子体碰撞频率对电磁传播影响的实验平台，包括实验基座和实验腔体，所述实验腔体为圆筒结构，在实验腔体的顶端设有固定盖，在固定盖的下侧壁上安装有加热板，加热板的下侧壁上安装有发射体，在固定盖的中心处开设有螺孔且在螺孔内螺接有阳极螺栓，阳极螺栓与固定盖的接触处设有阴极接线垫片，实验腔体的底端安装有活塞盖，在实验腔体的内部安装有阳极板，在实验腔体的右侧壁上插接有朗缪尔探针，实验腔体的左侧壁上连接有微波导入管，实验腔体的右侧壁上连接有微波导出管。

进一步的，所述活塞盖上安装有手动活塞，手动活塞的一端与实验腔体的贴合处设有密封圈，手动活塞的伸出实验腔体另一端安装有手柄。

进一步的，所述实验腔体与加热板的接触处四周均设有紧固螺母和接线垫片，实验腔体与阳极板的接触处四周均设有紧固螺母和接线垫片，实验腔体与活塞盖的接触处四周均设有紧固螺母和接线垫片，通过紧固螺母进行紧固，通过接线垫片进行接线。

进一步的，所述实验基座由底座和支撑架组成，支撑架上部为与实验腔体外壁相匹配的圆弧结构，用于放置实验腔体。

进一步的，所述实验腔体的材质为绝缘材料，实验腔体包括放电腔，放电腔的上侧设有内螺纹，用于安装固定盖，内螺纹处分布有两个对称分布的螺纹孔，用于安装加热板，加热板由导电材料制成，在放电腔的上侧位置左右相对开有两个微波口，分别用于安装微波导入管和微波导出管，在放电腔的中间和下侧位置的两侧同时开有螺纹孔，分别用于阳极板和活塞盖的安装。

进一步的，所述阳极板包括板体，板体的形状为与实验腔体的内径相配合的圆形，在板体上均匀开设有若干个通气孔，在板体的侧壁上开设有用于紧固螺母进行紧固的固定槽。

进一步的，实验平台的具体使用方法包括以下步骤：所述活塞盖包括盖体，盖体的中间为空心结构，并开设有螺纹槽，螺纹槽与手动活塞上的外螺纹相配合，在盖体的四周均开设有用于紧固螺母进行紧固的螺纹通孔。

进一步的，实验平台的具体使用方法包括以下步骤：

s1、通过加热板两端的接线垫片连接加热电源的两极，通过加热板对发射体进行加热，使得发射体发射出电子；

s2、将高压放电电源的正极通过接线垫片连接阳极板，负极通过阴极接线垫片连接加热板，电子在放电电压的作用下，加速达到阳极板，并与放电腔内气体碰撞，产生电离，进行实验腔体内的连续放电；

s3、将微波发生源产生的电磁波通过微波导入管引入到等离子体内部，并将微波导出管连接到微波测量设备，测量通过等离子体后微波变化特性；

s4、通过调节放电电压的幅值设定来调节等离子体密度，增大放电电压，放电强度及等离子体密度增大，减小放电电压，放电强度及等离子体密度降低，测量通过等离子体后微波变化特性；

s5、通过旋转手柄的移动来调节电子与中性气体的碰撞频率，测量测量通过等离子体后微波变化特性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明一种等离子体碰撞频率对电磁传播影响的实验平台，气体在放电腔体内部完成放电，并通过微波导管来导入和导出电磁波，从而考察碰撞频率对电磁传播的影响。设备工作过程中，可通过放电强度控制等离子体密度，通过中性气体体积的变化控制中性气体密度，从而调节碰撞频率，进而考察不同碰撞频率特性对电磁场传播的影响。本发明具有结构精巧、操控简便的特点。

附图说明

图1是本发明的结构图。

图2是本发明中实验基座的结构示意图。

图3是本发明中实验腔体的结构示意图。

图4是本发明中阳极板的结构示意图。

图5是本发明中活塞盖的结构示意图。

附图标记：

1.实验基座、1-1.底座、1-2.支撑架、2.实验腔体、2-1.放电腔、2-2.微波口、2-3.螺纹孔、2-4.内螺纹、3.固定盖、4.加热板、5.阳极螺栓，6.阴极接线垫片、7.发射体、8.紧固螺母、9.接线垫片、10.朗缪尔探针、11.微波导入管、12.微波导管、13.阳极板、13-1.板体、13-2.通气孔、13-3.固定槽、14.手动活塞、15.密封圈、16.活塞盖、16-1.盖体、16-2.螺纹槽、16-3.螺纹通孔、17.手柄。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，以下实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

实施例：

一种等离子体碰撞频率对电磁传播影响的实验平台，包括实验基座1和实验腔体2，所述实验腔体2为圆筒结构，在实验腔体2的顶端设有固定盖3，在固定盖3的下侧壁上安装有加热板4，加热板4的下侧壁上安装有发射体7，在固定盖3的中心处开设有螺孔且在螺孔内螺接有阳极螺栓5，阳极螺栓5与固定盖3的接触处设有阴极接线垫片6，实验腔体2的底端安装有活塞盖16，在实验腔体2的内部安装有阳极板13，在实验腔体2的右侧壁上插接有朗缪尔探针10，实验腔体2的左侧壁上连接有微波导入管11，实验腔体2的右侧壁上连接有微波导出管12；

所述活塞盖16上安装有手动活塞14，手动活塞14的一端与实验腔体2的贴合处设有密封圈15，手动活塞14的伸出实验腔体2另一端安装有手柄17；

所述实验腔体2与加热板4的接触处四周均设有紧固螺母8和接线垫片9，实验腔体2与阳极板13的接触处四周均设有紧固螺母8和接线垫片9，实验腔体2与活塞盖16的接触处四周均设有紧固螺母8和接线垫片9，通过紧固螺母8进行紧固，通过接线垫片9进行接线；

所述实验基座1由底座1-1和支撑架1-2组成，支撑架1-2上部为与实验腔体2外壁相匹配的圆弧结构，用于放置实验腔体2；

所述实验腔体2的材质为绝缘材料，实验腔体2包括放电腔2-1，放电腔2-1的上侧设有内螺纹2-4，用于安装固定盖3，内螺纹2-4处分布有两个对称分布的螺纹孔2-3，用于安装加热板4，加热板4由导电材料制成，在放电腔2-1的上侧位置左右相对开有两个微波口2-2，分别用于安装微波导入管11和微波导出管12，在放电腔2-1的中间和下侧位置的两侧同时开有螺纹孔2-3，分别用于阳极板13和活塞盖16的安装；

所述阳极板13包括板体13-1，板体13-1的形状为与实验腔体2的内径相配合的圆形，在板体13-1上均匀开设有若干个通气孔13-2，在板体13-1的侧壁上开设有用于紧固螺母进行紧固的固定槽13-3；

所述活塞盖16包括盖体16-1，盖体16-1的中间为空心结构，并开设有螺纹槽16-2，螺纹槽16-2与手动活塞14上的外螺纹相配合，在盖体16-1的四周均开设有用于紧固螺母8进行紧固的螺纹通孔16-3；

实验平台的具体使用方法包括以下步骤：

s1、通过加热板4两端的接线垫片连接加热电源的两极，通过加热板4对发射体7进行加热，使得发射体7发射出电子；

s2、将高压放电电源的正极通过接线垫片连接阳极板13，负极通过阴极接线垫片连接加热板4，电子在放电电压的作用下，加速达到阳极板13，并与放电腔内气体碰撞，产生电离，进行实验腔体2内的连续放电；

s3、将微波发生源产生的电磁波通过微波导入管11引入到等离子体内部，并将微波导出管12连接到微波测量设备，测量通过等离子体后微波变化特性；

s4、通过调节放电电压的幅值设定来调节等离子体密度，增大放电电压，放电强度及等离子体密度增大，减小放电电压，放电强度及等离子体密度降低，测量通过等离子体后微波变化特性；

s5、通过旋转手柄17的移动来调节电子与中性气体的碰撞频率，测量测量通过等离子体后微波变化特性。

通过加热板两端的接线垫片连接加热电源的两级，通过加热板对发射体，在加热的过程中，高压放电电源的正极通过接线垫片连接阳极板，负极通过阴极接线垫片连接加热板，由于加热板为导电材料，阴极电压作用在发射体上。发射体的发射能力随着发射体温度的升高，在放电电压的作用下，发射体放出大量的电子，电子在放电电压的作用下，加速达到阳极，并与放电腔内气体碰撞，产生电离，从而实现腔内的连续放电，实验过程中，可以通过朗缪尔探针测量等离子体密度和电子温度。

在持续放电的情况下，将微波发生源产生的电磁波通过微波导入管引入到等离子体内部，并将微波导管连接到微波测量设备，测量通过等离子体后微波变化特性。

在实验过程中，可以通过放电电压的幅值设定来调节等离子体密度，增大放电电压，放电强度及等离子体密度增大；减小放电电压，放电强度及等离子体密度降低。

在实验过程中，可通过逆时针旋转手动活塞的手柄来降低活塞的位置，在气体总质量不变的情况下，增大体积可以减小中性气体的密度，从而降低碰撞频率。因此可以通过旋转手柄的移动来调节电子与中性气体的碰撞频率，从而考察碰撞频率对电磁传播的影响。

本发明一种等离子体碰撞频率对电磁传播影响的实验平台，实验平台主体由实验基座和实验腔体构成，气体在放电腔体内部完成放电，并通过微波导管来导入和导出电磁波，从而考察碰撞频率对电磁传播的影响。设备工作过程中，可通过放电强度控制等离子体密度，通过中性气体体积的变化控制中性气体密度，从而调节碰撞频率，进而考察不同碰撞频率特性对电磁场传播的影响。本发明具有结构精巧、操控简便的特点。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。