一种射频激励的新型等离子体焦点装置的制作方法

本技术涉及等离子体物理和应用领域技术，具体涉及一种射频激励的新型等离子体焦点装置。

背景技术：

1、等离子体焦点装置是利用电磁力将等离子体压缩至高密度与高温状态，以实现核聚变反应或作为中子源等重要应用的装置。传统的等离子体焦点装置核心通常由同轴电极系统、真空系统、气体注入系统以及高压脉冲电源系统构成。其基本工作原理是：在电极间施加高电压脉冲，使工作气体击穿并沿绝缘体表面形成等离子体电流鞘层；该鞘层在脉冲电流产生的洛伦兹力驱动下沿轴向加速运动，最终在电极末端轴线附近发生径向内爆，急剧压缩形成一个极小尺寸、极高密度与温度的等离子体焦点区域，从而诱发核聚变反应并释放中子与x射线。然而，这一经典技术路径在实际应用中暴露出一系列固有缺陷，制约了其能量效率与性能的进一步提升。首先，从能量利用角度分析，装置放电电源所提供的大量输入能量中，有相当一部分被消耗于工作气体的初始电离以及沿面放电形成等离子体鞘层的过程，而非全部有效地用于对已电离等离子体的后续加速、压缩和加热，导致整体电能利用效率低下。其次，受限于传统同轴电极结构的固有电感和沿面放电机制的物理特性，装置的放电回路电感较大，致使放电电流的上升速率受限，进一步削弱了电磁压缩过程的强度与效率。更为关键的是，依赖于沿面放电方式产生的初始等离子体鞘层，其形成过程受电极表面状态、气体杂质、场分布均匀性等多种因素影响，表现出较差的稳定性和批次间的重复性。这种不稳定性直接导致每次放电所产生的等离子体焦点参数（如密度、温度）波动较大，产生的中子产额不稳定，难以实现可控、可重复的高参数输出，从而对追求稳定聚变点火的终极目标构成重大障碍。

2、因此，实用新型人鉴于此，提出一种射频激励的新型等离子体焦点装置，以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种射频激励的新型等离子体焦点装置，以解决传统等离子体焦点装置中存在的初始等离子体形成稳定性差、中子产额重复性不佳的技术问题。

2、为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

3、一种射频激励的新型等离子体焦点装置，包括真空结构管，所述真空结构管内形成有真空室；

4、电极系统，所述电极系统设置于所述真空室内，所述电极系统包括阳极和阴极；

5、气体注入系统，用于向所述真空室内注入工作气体；

6、高压脉冲放电系统，包括高压直流电源、脉冲电容器和高压快速开关，所述高压直流电源用于对所述脉冲电容器充电，所述高压快速开关用以控制对所述电极系统的放电；

7、射频激励系统，包括射频功率源、阻抗匹配器以及环绕设置于所述阴极外侧的射频天线线圈，所述射频功率源通过所述阻抗匹配器与所述射频天线线圈连接，用于在所述高压脉冲放电系统触发放电前，激励所述真空室内的所述工作气体形成初始等离子体鞘层；以及控制系统，与所述射频功率源及所述高压快速开关连接，用于控制所述射频激励系统的启停与所述高压脉冲放电系统的放电时序。

8、进一步地，所述阴极为多根直径与高度相同的非磁性合金棒，沿圆周均匀分布在所述阳极外围；所述阳极穿过一第一绝缘组件伸入所述真空室中心位置。

9、进一步地，所述真空结构管包括两法兰盘和真空规管，所述真空规管的两端分别与两所述法兰盘连接；

10、还包括第一绝缘组件，所述第一绝缘组件包括耐高温陶瓷管，所述阳极穿设于所述耐高温陶瓷管内。

11、进一步地，所述气体注入系统用于将所述真空室内的气压维持在133pa至665pa的范围内，所述工作气体为氘气或氚气中的其中一种或两种。

12、进一步地，所述射频天线线圈由外部绝缘的纯铜管绕制而成，并通过一薄壁陶瓷管套与所述阴极实现物理隔离与绝缘固定。

13、进一步地，所述高压直流电源为输出电压30kv至100kv的可调恒流电源，所述脉冲电容器的总储能不小于18kj。

14、进一步地，所述控制系统包括时序控制器，所述时序控制器被配置为：先触发所述射频功率源启动，延迟1至3微秒后，再触发所述高压快速开关闭合。

15、进一步地，所述射频功率源的工作频率为13.56mhz，输出功率范围为10kw至50kw。

16、本实用新型的有益效果：

17、本实用新型通过引入射频激励系统在高压主放电前对工作气体进行预电离，从根本上解决了传统装置初始等离子体形成不稳定、重复性差的核心技术瓶颈。具体而言，射频天线线圈产生的交变电磁场能够在电极间区域高效、均匀地电离气体，形成一层密度高、对称性良好的初始等离子体鞘层，完全取代了传统方案中依赖于电极表面状态和场分布的随机性沿面击穿过程。这种主动、可控的等离子体生成方式，确保了每次放电的起始条件高度一致，为后续的加速与压缩阶段奠定了稳定、可靠的基础，从而显著提升了等离子体焦点参数（如密度、温度）的批次间重复性，并使得中子产额输出更加稳定和可控。

18、本申请的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本申请的实践中得到教导，本申请的目标和其他优点可以通过下面的具体实施方式来实现和获得。

1.一种射频激励的新型等离子体焦点装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的射频激励的新型等离子体焦点装置，其特征在于：所述阴极为多根直径与高度相同的非磁性合金棒，沿圆周均匀分布在所述阳极外围；所述阳极穿过一第一绝缘组件伸入所述真空室中心位置。

3.根据权利要求2所述的射频激励的新型等离子体焦点装置，其特征在于：所述真空结构管包括两法兰盘和真空规管，所述真空规管的两端分别与两所述法兰盘连接；

4.根据权利要求3所述的射频激励的新型等离子体焦点装置，其特征在于：所述气体注入系统用于将所述真空室内的气压维持在133pa至665pa的范围内，所述工作气体为氘气或氚气中的其中一种或两种。

5.根据权利要求4所述的射频激励的新型等离子体焦点装置，其特征在于：所述射频天线线圈由外部绝缘的纯铜管绕制而成，并通过一薄壁陶瓷管套与所述阴极实现物理隔离与绝缘固定。

6.根据权利要求5所述的射频激励的新型等离子体焦点装置，其特征在于：所述高压直流电源为输出电压30kv至100kv的可调恒流电源，所述脉冲电容器的总储能不小于18kj。

7.根据权利要求6所述的射频激励的新型等离子体焦点装置，其特征在于：所述控制系统包括时序控制器，所述时序控制器被配置为：先触发所述射频功率源启动，延迟1至3微秒后，再触发所述高压快速开关闭合。

8.根据权利要求7所述的射频激励的新型等离子体焦点装置，其特征在于：所述射频功率源的工作频率为13.56mhz，输出功率范围为10kw至50kw。