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用于虚拟真空界面等离子体窗的高密度级联电弧等离子体源

DOI：10.1063/1.5070071 期刊：Physics of Plasmas 出版年份：2018 更新时间：2025-09-04 15:30:14
摘要： 我们开发了两种级联电弧等离子体源，用于真空虚拟界面的等离子体窗应用。针对无窗式真空-大气分离，研制了通道直径3毫米的紧凑型电弧放电源，可产生大气压氩热等离子体；针对低压与高压真空腔室的差分抽气系统替代方案，还构建了直径8毫米的大型电弧装置，能生成高密度氦等离子体。我们研究了这两种级联电弧作为等离子体窗的性能表现：3毫米电弧放电可在放电通道内形成氩气从100千帕至100帕的陡峭压力梯度，而8毫米放电装置则能将7千帕高压侧与54帕低压区隔离。通过可见光与真空紫外辐射的发射光谱分析，揭示了氩等离子体与氦等离子体的特性。光谱分析显示两种放电的等离子体温度均约为1电子伏特——在氩气流量1.0升/分钟、电流60安培条件下，Hβ线和Ar I线的斯塔克展宽测得电子密度为6.5×101? cm?3；在氦气流量0.45升/分钟、电流100安培条件下，测得电子密度为4.7×1013 cm?3。
作者： S. Namba，Y. Iwamoto，Y. Asano，T. Shugyo，K. Fukuyama，N. Ikoma，H. Okuno，N. Tamura，T. Endo
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

开发和研究两种级联电弧等离子体源，用于虚拟真空界面的等离子体窗应用，重点考察其在产生陡峭压力梯度方面的性能，并通过发射光谱分析其特性。

研究成果

成功研制了两台级联电弧等离子体源用于等离子体窗应用，展现出显著的压力梯度，并通过发射光谱法提供了详细的等离子体特性数据。其中3毫米电弧实现了103的压力比，而8毫米电弧显示出在特定应用中替代差分抽气级的潜力。

研究不足

3毫米级联电弧的最大放电电流受限于电极的水冷能力，从而限制了可实现的等离子体密度。与3毫米电弧相比，8毫米级联电弧作为等离子体窗的性能较为一般，这是由于气体摩擦效果较差且气体导通率较高所致。

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