面阵滑闪火花预电离组合放电电极

摘要

本发明涉及面阵滑闪火花预电离组合放电电极，包括板状放电阳极和放电阴极，放电阳极和放电阴极相对设置于一密闭或者两端开口供放电气体流动的腔体中；放电阳极通过引线与脉冲高压源连接，放电阴极通过外露的接线柱与地线连接；在放电阴极上设有圆孔，于圆孔内设置有预电离针，放电阴极与预电离针间通过绝缘介质管相互绝缘，预电离针与各自的预电离电容连接，预电离电容通过金属连线与脉冲高压源连接。绝缘介质管可以起到两个作用，一方面是预电离针与主放电阴极之间的绝缘，另一方面预电离针的针尖和放电阴极之间可以通过绝缘介质发生滑闪放电，放电产生的强烈紫外光为放电空间提供初始的预电离电子。

说明书

技术领域

    本发明与大体积均匀辉光放电和脉冲放电气体激光器有关，为高气压大体积高重复频率气体放电提供面阵均匀火花预电离。

背景技术

高气压大体积均匀辉光放电主要依赖于气体介质的预电离程度，也就是在放电发展的起始阶段电子浓度的分布和高低。通常采用两种预电离手段为放电空间提供这种初始电子浓度，一种是火花预电离，另外一种是电晕预电离。对于高气压大体积放电及其应用的脉冲激光器，由于火花预电离产生的初始电子浓度更高，因此一般采用火花预电离。

火花预电离又可以分为自由火花预电离和滑闪放电预电离。在预电离结构上，一般采用侧面火花预电离。每个预电离针一端与主放电电极中的阴极有一小段距离，这个距离要远远小于两个主放电电极的极间距，另一端连接预电离电容。预电离电容的一端连接主放电电极中的阳极。当高压开关闭合后，预电离针与主电极之间先放电，放电产生的紫外光直接电离放电空间内的气体产生一定浓度的初始电子。由于火花预电离产生的紫外光为发散光，距离光源越远的空间，预电离的效果越差，因此要求主放电电极的横向宽度不能够太大，否则放电会出现空间不均匀性，靠近预电离的电极两侧较强，电极的中部甚至都没有放电辉光。

为了实现大面积的均匀辉光放电，有人采用网状电极结合背面火花预电离。预电离针在金属网状电极的下面，紫外光透过网孔电离放电空间内的气体。金属网状电极在长时间放电后容易变形，而且本身也很难加工。为了实现获得均匀的预电离紫外光，紧密排列的预电离针连接一个公用的电容。这种多个预电离针公用一个电容要求预电离针具有高度的一致性，否则预电离火花会率先在一个或者几个针处发生放电，引起预电离的不均匀性。

发明内容

       本发明目的在于提供一种面阵滑闪火花预电离组合放电电极。

为了实现本发明的目的，具体的技术方案是：

面阵滑闪火花预电离组合放电电极，包括板状放电阳极和放电阴极，放电阳极和放电阴极相对设置于一密闭或者两端开口供放电气体流动的腔体中； 

放电阳极通过引线与脉冲高压源连接，放电阴极通过外露的接线柱与地线连接；在放电阴极上设有圆孔，于圆孔内设置有预电离针，放电阴极与预电离针间相互绝缘，预电离针与各自的预电离电容连接，预电离电容通过金属连线与脉冲高压源连接。

在所述放电阴极上的圆孔内设置有绝缘介质管，预电离针设置于绝缘介质管的中心；预电离针与绝缘介质管内径为紧密配合；绝缘介质管的上端口平面在放电阴极表面之下。

预电离针采用金属材料制备，金属材料可为镍、钨、硬铝或者不锈钢；绝缘介质管采用非金属制备，绝缘介质材料为陶瓷、环氧树脂或者聚四氟乙烯；预电离针针尖的位置与绝缘介质管上端口表面平行或者低于其表面。

圆孔与放电阴极上表面通过四分之一圆弧过度连接，圆弧分别于阴极上表面相切和圆孔的边线相切，形成一个圆滑的过度；即为“圆孔的轴向截面的竖向边线与阴极上表面在轴向截面的投影倒圆角，圆角为1/4圆；目的是防止在连接面处发生放电阳极和放电阴极之间的电弧放电。

圆孔于放电阴极上均匀中心对称分布，圆孔的直径为可以根据实验自行调节，预电离针的直径也可以自行设定。

放电阳极和放电阴极为平板状结构，相互平行、对称设置，或放电阳极和放电阴极为弧形板状结构，对称设置。

密闭的腔体的腔体壁上设置有放电气体进出口；密闭腔体的腔体壁是由绝缘材料制成。

面阵滑闪火花预电离组合放电电极，包括放电阳极和放电阴极，其中还包括预电离针与主放电阴极之间的具体结构和预电离针连接耦合电容的方式：面阵预电离是由主放电阴极和阴极面上孔状结构内的预电离针之间滑闪放电提供。放电单元为实心主放电阳极和具有特殊结构的多孔阴极，电极对内的空间为放电空间，阳极通过引线与脉冲高压源直接连接，阴极直接接地；多孔阴极内的圆孔中心为预电离针，预电离针和阴极之间采用绝缘介质绝缘，每个预电离针与一个预电离电容连接，预电离电容的另一端通过引线与脉冲高压连接；预电离针和公用的放电阴极之间通过绝缘介质表面形成滑闪放电通道，放电产生的强烈紫外光为放电空间提供均匀的初始电子。

本发明为高气压大体积辉光放电和脉冲气体激光器提供一种面阵滑闪放电预电离技术，可以使放电电极的横向长度更大，脉冲放电气体激光光斑也会随之改变。

附图说明

图１为本发明结构示意图；

图2为放电阴极结构示意图。

具体实施方式

面阵滑闪火花预电离组合放电电极，装置中主放电阳极为实心平板电极组成，而主放电阴极为具有特殊结构的多孔平板电极构成。每个孔都是圆孔，在孔与阴极表面连接处为倒圆角；圆孔与放电阴极上表面通过四分之一圆弧过度连接，圆弧分别于阴极上表面相切和圆孔的边线相切，形成一个圆滑的过度。每个孔内嵌一个与之紧密配合的绝缘介质（如：聚四氟乙烯、环氧树脂、陶瓷等）管。绝缘介质管的中心是由金属材料（如：铝、不锈钢、钨等）制成的预电离针，每个预电离针与各自独立，大小相同的预电离电容相连接。绝缘介质管可以起到两个作用，一方面是预电离针与主放电阴极之间的绝缘，另一方面预电离针的针尖和放电阴极之间可以通过绝缘介质发生滑闪放电，为放电空间提供初始的预电离电子。

本发明的面阵滑闪火花预电离组合放电电极的结构示意图，如图1所示。放电气体充满在密闭的腔体1中，腔体壁上设置有放电气体进出口，腔体壁4是由绝缘材料制成。放电单元包括实心放电阳极3和具有特殊结构的多孔放电阴极2，均为平板状结构，相互平行、对称设置。放电阳极3通过引线9与脉冲高压源连接。放电阴极2通过外露的接线柱与地线连接。在阴极上由均匀中心对称分布的圆孔，圆孔的直径为6-15mm，圆孔与放电阴极表面为圆弧相切的结构，目的是防止在连接面处发生放电阳极3和放电阴极2之间的电弧放电。圆孔的中心为直径1-2.5mm的金属预电离针5，金属材料为镍、钨、硬铝或者不锈钢等。预电离针和放电阴极之间为非金属绝缘介质管6，绝缘介质管6为陶瓷、环氧树脂或者聚四氟乙烯，绝缘介质管的内径与预电离针5紧密配合。预电离针5 与各自的预电离电容7连接，预电离电容通过金属连线8与脉冲高压源连接。阴极的具体结构如图2所示。

下面是一个具体的应用实例：

将混合比N₂：CH₃I=45：1的气体充满在150mm×150mm×500mm密闭容器中，放电体积为100mm×100mm×130mm，放电阳极、阴极材料和预电离针均为硬铝。图2中的绝缘介质管6采用的为聚四氟乙烯，绝缘介质表面比阴极表面低1mm。在放电阴极表面的圆孔为对称分布，共16个，每个孔的直径为6mm，圆孔与放电阴极表面的相切圆弧半径为2mm。预电离针的直径为2mm并且处于绝缘介质的中心，针尖与绝缘介质表面一平，每个预电离针与50pF的高压陶瓷电容连接。高压陶瓷电容作为预电离电容通过铜编织线与脉冲高压源连接。当在预电离电容和主放电电极之间加脉冲高压时，预电离针距离放电阴极更短，所以首先在预电离针和放电阴极之间发生表面滑闪放电，滑闪放电产生的紫外光直接电离放电空间的气体，产生具有一定浓度的初始电子。由于每个预电离单元都是在阴极表面对称的，在阴极表面不存在各向异性，所以从原则上讲，阴极表面各个方向可以按照需要扩大。