本发明涉及高能量分子束流产生技术领域，特别是一种使用无隔膜型激波管的超高温分子束源。
背景技术：
分子束技术是实验上研究气体-表面相互作用的一种重要方法。在散射实验中，产生可以精确控制分子的平移动能以及内部自由度的分子束，用来研究气体-表面体系，获得表面的势能等重要信息，目前产生分子束的方法有：种子束方法(seeded beam method)：使用一个加热的喷嘴，通常用于产生平移能量在个位数电子伏特(eV)的分子束，但是对束流特性的控制，受到喷嘴材料的最大工作温度的限制，不能产生较高能量的分子束；超高温的分子束源：可以产生一束包含分解的成分种类，是研究表面反应的重要方法，一个电弧加热的喷嘴束流源可以产生高度解离的分子束，但是，这样的分子束包含了由于电极腐蚀而产生的表面收到污染的铜原子，不适合于需要清洁表面的散射实验；激光引爆源和放电源：不会受喷嘴材料的限制，可以产生相对较高能量的束流，但是气体分子的速率分布的范围较大，在具体实验中较难控制条件。为了准确地估计动量和能量相关参数，迫切需要一种能产生较窄速率分布的分子束的方法，所述一种使用无隔膜型激波管的超高温分子束源能解决这一问题。
激波管通常是一根两端封闭的柱形长管，中间用一膜片隔成两段，分别充以满足模拟要求的高压驱动气体和低压被驱动气体；膜片破裂后，高压气体膨胀，产生向低压气体中快速运动的激波，并产生向原高压气体端传播的膨胀波。激波的压缩作用是会使被驱动气体的参量有相应的变化，例如压强和温度有较大的提高，从而得到符合模拟要求的工作条件。由于激波运动相当迅速，经激波压缩后的实验气体参量只能在短暂时间(通常是毫秒级到微秒级)内保持不变，相应的流动也只在短暂时间内保持定常。用激波管获得的气体流动，可用于不同目的的空气动力学试验研究。
技术实现要素：
为了克服现有的分子束源的各种缺陷，本发明提供了一种使用无隔膜型激波管的超高温分子束源，激波管安装于真空腔内、且激波管体积比传统的小，实验中能够容易控制条件，准确地估计动量和能量相关参数，是一种能产生较窄速率分布的分子束源。
本发明所采用的技术方案是：
所述一种使用无隔膜型激波管的超高温分子束源，主要包括由分流器I和分流器II相间隔为真空室I和真空室II和真空室III而组成的真空腔、驱动气体进口、主阀、高压室、低压室、束流出口I、分流器I、排气口I、排气口II、排气口III、斩波器、束流出口II、分流器II、供气阀、供气入口、排气口IV、排气阀，所述排气阀连接所述低压室、且其排气口IV位于所述真空室I外，所述供气阀连接所述低压室、且其供气入口位于所述真空室I外，所述斩波器位于所述真空室II内，所述排气口I、排气口II、排气口III外分别连接不同抽速的分子泵并分别对所述真空室I、真空室II、真空室III抽真空，由所述驱动气体进口、主阀、高压室、低压室、束流出口I依次连接组成激波管，所述激波管位于所述真空室I，所述分流器I和所述分流器II中间均开有小孔。
在分子源工作时，所述真空室I、真空室II和真空室III的真空度分别可为10-2Pa、10-4Pa、10-6Pa。所述激波管使用氦气作为驱动气体，使用氮气或氧气作为被驱气体，使用氮气作为被驱气体时产生的氮分子束流的平移能量约为1电子伏特(eV)，使用氧气作为被驱气体时出射的束流中还包含解离出来的氧原子、且分子束的解离率可以通过调节氧气的供气量来改变，并使用飞行时间的方法来表征氮气和氧气分子束的特性，分子束中分子的速率分布满足麦克斯韦-玻尔兹曼分布。所述激波管直径约2毫米至4毫米，长度300毫米。所述主阀是高导电率阀并用于替代隔膜型激波管中的隔膜，其响应速度快、响应时间约200微秒。所述分流器I和所述分流器II中间的小孔直径约为0.4毫米至0.8毫米，能够使垂直其入射的一小部分分子束流通过。
工作中，驱动气体进入所述高压室，被驱气体进入所述低压室，达到一定条件后，所述主阀开启并迅速关闭，所述低压室连接的所述排气阀的机械泵抽走室内的大量多余气体，由激波加热的被驱气体通过一个几百微米直径的所述束流出口I膨胀到所述真空室I，沿束流方向的超声自由射流的中心部分从所述分流器I中的小孔射出进入所述真空室II，分流器的作用是产生高能量的且包含解离的化学物类的分子流。接下来，分子束通过位于所述真空室II的所述斩波器来进行初步调制，接着束流又经过所述分流器II中的小孔，目的是起到准直作用，为后面的测量腔提供符合实验要求的超高温分子束源，进入测量腔进行后续的其他实验；真空管路中连接的分子泵抽走管路各段多余的气体，能够保持测量腔的高真空度。
本发明的有益效果是：
所述一种使用无隔膜型激波管的超高温分子束源，激波加热的时间较短，工作中喷嘴的温度不会上升得很快，克服了喷嘴温度对材料的限制，使得能产生具有更高平移动能的分子束；无隔膜型激波管不用像现有的隔膜型激波管那样需要频繁地更换隔膜，节省成本及时间，为后面的测量腔提供符合实验要求的超高温分子束源。
附图说明
下面结合本发明的图形进一步说明：
图1是本发明示意图。
图中，1.真空腔，2.驱动气体进口，3.主阀，4.高压室，5.低压室，6.束流出口I，7.分流器I，8.排气口I，9.排气口II，10.排气口III，11.斩波器，12.束流出口II，13.分流器II，14.真空室III，15.真空室II，16.真空室I，17.供气阀，18.供气入口，19.排气口IV，20.排气阀。
具体实施方式
如图1是本发明示意图，所述一种使用无隔膜型激波管的超高温分子束源，主要包括由分流器I 7和分流器II 13相间隔为真空室I 16和真空室II 15和真空室III14而组成的真空腔1、驱动气体进口2、主阀3、高压室4、低压室5、束流出口I 6)、分流器I 7、排气口I 8、排气口II 9、排气口III10、斩波器11、束流出口II 12、分流器II 13、供气阀17、供气入口18、排气口IV 19、排气阀20，所述排气阀20连接所述低压室5、且其排气口IV 19位于所述真空室I 16外，所述供气阀17连接所述低压室5、且其供气入口18位于所述真空室I16外，所述斩波器11位于所述真空室II 15内，所述排气口I 8、排气口II 9、排气口III10外分别连接不同抽速的分子泵并分别对所述真空室I 16、真空室II 15、真空室III14抽真空，由所述驱动气体进口2、主阀3、高压室4、低压室5、束流出口I 6依次连接组成激波管，所述激波管位于所述真空室I 16，所述分流器I 7和所述分流器II 13中间均开有小孔。
在分子源工作时，所述真空室I 16、真空室II 15和真空室III14的真空度分别可为10-2Pa、10-4Pa、10-6Pa。所述激波管使用氦气作为驱动气体，使用氮气或氧气作为被驱气体，使用氮气作为被驱气体时产生的氮分子束流的平移能量约为1电子伏特(eV)，使用氧气作为被驱气体时出射的束流中还包含解离出来的氧原子、且分子束的解离率可以通过调节氧气的供气量来改变，并使用飞行时间的方法来表征氮气和氧气分子束的特性，分子束中分子的速率分布满足麦克斯韦-玻尔兹曼分布。所述激波管直径约2毫米至4毫米，长度300毫米。所述主阀3是高导电率阀并用于替代隔膜型激波管中的隔膜，其响应速度快、响应时间约200微秒。所述分流器I 7和所述分流器II 13中间的小孔直径约为0.4毫米至0.8毫米，能够使垂直其入射的一小部分分子束流通过。
工作中，驱动气体进入所述高压室4，被驱气体进入所述低压室5，达到一定条件后，所述主阀3开启并迅速关闭，所述低压室5连接的所述排气阀20的机械泵抽走室内的大量多余气体，由激波加热的被驱气体通过一个几百微米直径的所述束流出口I 6膨胀到所述真空室I 16，沿束流方向的超声自由射流的中心部分从所述分流器I 7中的小孔射出进入所述真空室II 15，分流器的作用是产生高能量的且包含解离的化学物类的分子流。接下来，分子束通过位于所述真空室II 15的所述斩波器11来进行初步调制，接着束流又经过所述分流器II13中的小孔，目的是起到准直作用，为后面的测量腔提供符合实验要求的超高温分子束源，进入测量腔进行后续的其他实验；真空管路中连接的分子泵抽走管路各段多余的气体，能够保持测量腔的高真空度。