等离子束发生装置

技术领域

本公开涉及等离子束发生装置。

背景技术

目前，等离子体的应用越来越广泛。例如，通过多个高能氢等离子束的碰撞，可以实现核聚变。采用高能氢等离子束轰击例如重金属等靶材，可以产生中子束，从而可以作为中子源。等离子束发生装置是一种产生等离子束的设备。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供了一种等离子束发生装置，包括：等离子源；第一电源，用于为所述等离子源供电以产生等离子体；第一电极，被构造成具有孔；第二电源，用于在所述等离子源的负电极与所述第一电极之间产生第一电场，使得所述等离子体从所述孔穿过所述第一电极；第二电极，用于接收穿过所述第一电极的等离子体；第三电源，用于在所述第一电极与所述第二电极之间产生第二电场；真空室，用于容纳所述等离子体；以及磁体，用于产生磁场，所述磁场被构造成将所述等离子体约束在所述真空室的中心轴附近，其中，所述真空室包括沿所述等离子体中自由电子的行进方向依次设置的第一腔室和第二腔室，所述磁体包括：第一磁体，用于在所述第一腔室中产生第一磁场；以及第二磁体，用于在所述第二腔室中产生第二磁场，其中，所述第二磁场的磁场强度大于第一磁场的磁场强度。

在根据本公开的一些实施例中，所述第二腔室的内径小于第一腔室的内径。

在根据本公开的一些实施例中，所述第二磁体包括围绕所述第二腔室布置的螺线管。

在根据本公开的一些实施例中，所述第三电源、所述第二磁体的螺线管以及所述第二电极串联连接。

在根据本公开的一些实施例中，所述螺线管包括串联在所述第三电源和所述第二电极之间的导线的至少一部分。

在根据本公开的一些实施例中，所述等离子源包括：中空的筒状正电极；以及位于正电极内部的负电极。

在根据本公开的一些实施例中，所述第一电源的正极与所述等离子源的正电极电连接，所述第一电源的负极与所述等离子源的负电极电连接。

在根据本公开的一些实施例中，所述第二电源的正极与所述第一电极电连接，所述第二电源的负极与所述等离子源的负电极电连接。

在根据本公开的一些实施例中，所述第三电源的正极与所述第二电极电连接，所述第三电源的负极与所述第一电极电连接。

在根据本公开的一些实施例中，所述第一电源为脉冲电源。

在根据本公开的一些实施例中，所述第一电源的脉冲宽度为0.1毫秒-10毫秒。

在根据本公开的一些实施例中，所述第一电源的电压为1kV-2kV。

在根据本公开的一些实施例中，所述第二电源为脉冲电源。

在根据本公开的一些实施例中，所述第二电源的脉冲宽度为0.5毫秒-50毫秒。

在根据本公开的一些实施例中，所述第二电源的电压为300V-1000V。

在根据本公开的一些实施例中，所述第三电源为脉冲电源。

在根据本公开的一些实施例中，所述第三电源的脉冲宽度为0.1毫秒-10毫秒。

在根据本公开的一些实施例中，所述第三电源的电压为1kV-3kV。

在根据本公开的一些实施例中，所述等离子束发生装置还包括：气体源，用于向所述真空室提供电离用气体。

在根据本公开的一些实施例中，所述真空室的气压为1Pa-10Pa。

在根据本公开的一些实施例中，所述气体源包括：氢气、氦气和氩气中的至少一种。

在根据本公开的一些实施例中，所述气体源包括：氢气、氦气和氩气，并且氩气、氢气和氦气的流量比为氩气：氢气：氦气＝1：3：10。

在根据本公开的一些实施例中，所述等离子束发生装置还包括：第一电流计，位于所述第一电极与所述等离子源之间，所述第一电流计被构造成测量所述第一电极与所述等离子源之间的等离子束的电流。

在根据本公开的一些实施例中，所述等离子束发生装置还包括：第二电流计，位于所述第一电极与所述第二电极之间，所述第二电流计被构造成测量所述第二电极与所述第一电极之间的等离子束的电流。

在根据本公开的一些实施例中，所述第一电流计为罗氏线圈。

在根据本公开的一些实施例中，所述第二电流计为罗氏线圈。

根据本公开的另一个方面，提供了一种等离子束发生装置，包括：等离子源；第一电源，用于为所述等离子源供电以产生等离子体；多个级联的第一电极，每个第一电极设置有孔；多个第二电源，所述多个第二电源串联连接，并且各个第二电源的正极与对应的第一电极电连接，使得所述等离子体从所述孔穿过对应的第一电极；第二电极，用于接收穿过所述多个级联的第一电极的等离子体；第三电源，所述第三电源的正极电连接到所述第二电极，所述第三电源的负极电连接到与所述第二电极相邻的第一电极；真空室，用于容纳所述等离子体；以及磁体，用于产生磁场，所述磁场被构造成将所述等离子体约束在所述真空室的中心轴附近，其中，所述真空室包括沿所述等离子体中自由电子的行进方向依次设置的第一腔室和第二腔室，所述磁体包括：第一磁体，用于在所述第一腔室中产生第一磁场；以及第二磁体，用于在所述第二腔室中产生第二磁场，其中，所述第二磁场的磁场强度大于第一磁场的磁场强度，所述第二磁体包括在所述第二腔室上缠绕多圈的线缆，所述线缆的一端电连接到所述第三电源的正极，另一端电连接到所述第二电极。

通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得更为清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1示出了根据本公开一个或多个示例性实施例的等离子束发生装置的示意图。

图2示出了根据本公开一个或多个示例性实施例的等离子束发生装置的示意图。

图3示出了根据本公开一个或多个示例性实施例的等离子束发生装置的示意图。

图4示出了根据本公开一个或多个示例性实施例的等离子束发生装置的示意图。

图5示出了根据本公开一个或多个示例性实施例的等离子束发生装置的示意图。

图6示出了根据本公开一个或多个示例性实施例的等离子束发生装置中通过高速相机拍摄的等离子束的照片。

注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在一些情况中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，本公开并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。

具体实施方式

下面将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。也就是说，本文中的结构及方法是以示例性的方式示出，来说明本公开中的结构和方法的不同实施例。然而，本领域技术人员将会理解，它们仅仅说明可以用来实施的本公开的示例性方式，而不是穷尽的方式。此外，附图不必按比例绘制，一些特征可能被放大以示出具体组件的细节。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

图1示出了根据本公开的实施例的等离子发生装置的示意图。

如图1所示，等离子发生装置100包括等离子源、第一电极103、第二电极104、真空室106、气体源112、磁体114、第一电源107、第二电源108、第三电源109、第一电流计110以及第二电流计111。除此之外，在真空室106上还可以设置有排气口(未示出)。

其中，等离子源包括中空的筒状正电极102以及位于正电极内部的负电极101。在根据本公开的一些实施例中，正电极102可以为圆筒状，如图1所示。此外，正电极102也可以为例如中空的圆锥筒状等其它合适的形状。负电极101可以为例如棒状或针状。第一电源107的负极电连接到等离子源的负电极101，第一电源107的正极电连接到等离子源的正电极102。

等离子源布置在真空室106内，可以在真空室106中产生等离子体。此外，在真空室106中还设置有第一电极103。如图1所示，第一电极103设置有孔113，由等离子体形成的等离子束可以穿过孔113。第一电极103电连接到第二电源108的正极以及第三电源109的负极。

真空室106中设置有第三电极104。第三电极104电连接到第三电源109的正极。此外，气体源112与真空室106流体连通，可以向真空室106提供气体例如，气体源112提供的气体可以为氢气、氦气、氩气或它们中的至少两种构成的混合气体等。进入真空室的气体的一部分将由等离子体源电离成等离子体。

此外，在真空室106中还可以设置有第一电流计110和第二电流计111。第一电流计110和第二电流计111可以为例如罗氏线圈(Rogowski Coil)，可以测量等离子束的电流。罗氏线圈是一个均匀缠绕在非铁磁性材料上的环形线圈。罗氏线圈的输出信号是电流对时间的微分。通过一个对输出的电压信号进行积分的电路，就可以真实还原罗氏线圈的输入电流。在图1所示的实施例中，第一电流计110可以测量从等离子源流向第一电极103的等离子束的电流，第二电流计111可以测量从第一电极103流向第二电极104的等离子束的电流。

在图1所示的等离子束发生装置100中，还设置有磁体114。如图1所示，磁体114可以布置在真空室106周围。磁体114可以在真空室106中产生约束磁场。利用约束磁场可以使等离子束115约束在预定的轨迹上，例如可以将等离子束115约束在真空室106的中心轴附近，确保等离子束115沿着中心轴行进。磁体114可以为永久磁体或者为电磁铁。

应当理解，在根据本公开的一些实施例中，等离子束发生装置100可以不包含磁体114。根据理论计算，当电流达到大约30kA以上时，等离子束自身产生的磁场就可以实现对等离子束的磁约束，这称为自感磁约束(self-induced magnetic confinement)。但是，在目前的技术水平下，单个电源难以满足上述电流要求。在图1的实施例中，采用了第二电源108和第三电源109的布置。这种多个电源的布置方式可以支持更高的电流，并且等离子束115在真空室106中行进的距离可以更长。

此外，为了实现更大的电流，第一电源107、第二电源108和第三电源109可以都是脉冲电源。例如，第一电源107的脉冲宽度可以为例如0.1毫秒-10毫秒，电压可以为例如1kV-2kV。第二电源108的脉冲宽度可以为例如0.5毫秒-50毫秒，电压可以为例如300V-1000V。第三电源109的脉冲宽度可以为例如0.1毫秒-10毫秒，电压可以为例如1kV-3kV。在根据本公开的一些实施例中，第三电源109的电压也可以为例如1kV-2.2kV。

下面详细描述图1所示的等离子束发生装置的工作过程。

首先，将真空室106抽至真空，然后通过气体源112向真空室106内通入氢气和氩气的混合气体，其中氢气和氩气的流量比为1：1。控制气体源112的流量，使得真空室106内的气体压强保持在1Pa-10Pa。例如，调节氢气的流量为2000sccm，氩气的流量为2000sccm，使真空室106内气压维持在5Pa左右。

接下来，接通第一电源107，向等离子源的负电极101和正电极102供电。当第一电源107产生的脉冲被提供给等离子源时，在负电极101和正电极102之间的气体被电离，从而产生等离子体。

第二电源108和第三电源109也是脉冲电源，并且第一电源107、第二电源108和第三电源109基本同步。也就是说，第一电源107、第二电源108和第三电源109基本上同时发出脉冲。因此，等离子源产生等离子体的同时，第二电源108发出的脉冲被施加到第一电极103和等离子源的负电极101之间，从而在第一电极103和负电极101之间产生电场。在该电场以及等离子体的作用下，使得第一电极103和负电极101之间的气体也被电离。因此，形成了第一电极103和负电极101之间的等离子束115。

第一电极103上设置有孔113，使得等离子束115的至少一部分可以经由孔113穿过第一电极103。第三电源109发出的脉冲施加到第二电极104和第一电极103之间，在第二电极104和第一电极103之间也产生电场。在该电场以及穿过孔113的等离子束的作用下，第二电极104和第一电极103之间的气体也被电离，从而使得等离子束115被延长并到达第二电极104。

在上述实施例中，第一脉冲电源的电压为1000V，脉冲宽度为1毫秒；第二脉冲电源的电压为450V，脉冲宽度为5毫秒；第三脉冲电源的电压为1800V，脉冲宽度为1毫秒。可以经过计算得到，等离子束115中心的等离子密度大约为6.56×10

应当理解，本公开不限于以上的具体实施方式。在根据本公开的教导下，还可以采用其它方式。例如，等离子束发生装置还可以包括更多的电极和对应的电源。换句话说，可以设置多个级联的第一电极和对应的第二电源来对等离子束进行延长。其中每个第一电极都可以设置有用于等离子束穿过的孔。例如，多个第二电源可以彼此串联连接，并且各个第二电源的正极与对应的第一电极电连接，这样，除了首个第二电源的负极电连接到等离子源的负极之外，其余第二电源的负极都电连接到对应的第一电极前面的第一电极。此外，第三电源的正极电连接到第二电极，第三电源的负极电连接到与第二电极相邻的第一电极。采用这种方式，可以沿着真空室的轴向产生方向相同的电场，使得等离子束可以沿着电场持续延伸。

图2示出了根据本公开的一些实施例的等离子束发生装置的示意图。

如图2所示，等离子束发生装置200包含等离子源、第一电极103、第二电极104、真空室106、气体源112、磁体114、第一电源107、第二电源108、第三电源109、第一电流计110以及第二电流计111。这些部件与图1中的等离子束发生装置100相似，这里就不再重复描述。

在图2所示的等离子束发生装置200中，还设置有第一电极2103和第二电源2108。如图2所示，第二电源2108与第二电源108串联连接，其中第二电源2108的正极与第一电极2103电连接，第二电源2108的负极与第一电极103电连接。此外，第一电极2103也设置有孔2113，使得等离子束115可以穿过孔2113。第二电源2108也可以是例如脉冲电源，并且可以与其它脉冲电源同步。

等离子束发生装置200的操作过程与图1所示的等离子束发生装置100类似。在各个电极之间的电场以及等离子源产生的等离子体的作用下，等离子体形成等离子束，并且依次穿过第一电极103的孔113、第一电极2103的孔2113，到达第二电极104。由于第一电极2103的加入，能够进一步延长等离子束115的长度，并且增大中心轴附近等离子体的密度。

根据本公开的等离子束发生装置可以具有许多用途。例如，可以在第二电极104的末端设置靶材105。这样，可以进行等离子束轰击靶材105的试验。因为根据本公开的等离子束发生装置100能够产生高密度的等离子束，从而可以得到许多新的试验结果。

此外，在图1和图2所示的等离子束发生装置中，磁体114产生的约束磁场(沿真空室的轴向)可以使等离子束保持稳定，提高等离子体的密度，从而实现Z箍缩的条件。但是，在高电流的等离子束的情况下，由于真空室的尺寸的影响和磁体114的限制，通过磁体114产生的约束磁场的磁场强度比较低，例如在真空室的中心轴附近(即等离子束附近)为大约0.3特斯拉，该磁场强度在等离子束的电流达到例如5kA以上的情况下不足以抑制等离子体的不稳定性。

图3示出了根据本公开的一些实施例的等离子束发生装置的示意图。如图3所示，等离子束发生装置300包含等离子源、第一电极103、第二电极104、真空室106、气体源112、第一电源107、第二电源108、第三电源109、第一电流计110以及第二电流计111。这些部件与图1中的等离子束发生装置100相似，这里就不再重复描述。

等离子束发生装置300的真空室106可以包括第一腔室331和第二腔室332。如图3所示，真空室106可以沿着虚线AA’被大致划分为第一腔室331和第二腔室332，即真空室106包括沿等离子体的行进方向依次设置的第一腔室331和第二腔室332。在第二腔室332中布置第二电极104和靶材105，其它部件大部分布置在第一腔室331中。

此外，如图3所示，等离子束发生装置300还包括用于在真空室中产生约束磁场的第一磁体341和第二磁体342。第一磁体341布置在第一腔室331上，用于在第一腔室331中产生第一磁场。第二磁体342布置在第二腔室332上，用于在第二腔室332中产生第二磁场，并且第二磁场的磁场强度大于第一磁场的磁场强度。

如上所述，为了在高电流等离子束的条件下约束等离子体，提高等离子的稳定性，需要在真空室中产生更高强度的磁场。但是，如果在整个真空室的第一腔室331和第二腔室332中产生高强度的磁场，会大大增加等离子束发生装置300的制造成本和/或运行成本。因此，在图3所示的等离子束发生装置300中，仅仅在第二腔室332中通过第二磁体342产生更高强度的第二磁场，而第一腔室331中的第一磁场仍然可以维持在原来的强度。例如，在根据本公开的一个实施例中，可以将第二磁场的磁场强度提高到大约0.5特斯拉，而第一磁场的磁场强度保持在大约0.3特斯拉。在此条件下，可以在真空室中得到电流强度高达7kA的稳定等离子束。如果电流强度在此基础上进一步提高，则等离子束可能会出现不稳定性。从等离子源流出的等离子束进入真空室后，等离子束的电流有时会降低。比如在等离子束流入真空室之前，电流强度可以高达12kA，而等离子束进入真空室之后，电流强度可能降低至比如7kA，这是因为有一部分带电粒子可能会滞留在真空室内。

图4示出了根据本公开的一些实施例的等离子束发生装置的示意图。如图4所示，等离子束发生装置400包括等离子源、第一电极103、第二电极104、气体源112、第一磁体341、第二磁体342、第一电源107、第二电源108、第三电源109、第一电流计110以及第二电流计111。这些部件与图3中的等离子束发生装置300相似，这里就不再重复描述。

此外，图4所示的等离子束发生装置400中，真空室106包括第一腔室431和第二腔室432，第二腔室432小于第一腔室431。例如，当第一腔室和第二腔室为圆柱形的情况下，第二腔室432的内壁的直径(即内径)小于第一腔室431的内径。这样，布置在第二腔室432上的第二磁体342距离第三电源109回路的电流流经的等离子束115较近。与图3所示的等离子束发生装置300相比，在同样的第二磁体342的情况下，可以在等离子束115附近得到强度更高的约束磁场，从而进一步提高使等离子束115保持稳定的电流强度。例如，在根据本公开的一些实施例中，第二腔室432中的等离子束115附近的磁场强度可以进一步提高到例如0.8特斯拉，等离子束的电流强度可以高达11kA。

图5示出了根据本公开的一些实施例的等离子束发生装置的示意图。如图5所示，等离子束发生装置500包括等离子源、第一电极103、第二电极104、第一腔室431、第二腔室432、气体源112、第一磁体341、第二磁体342、第一电源107、第二电源108、第一电流计110以及第二电流计111。这些部件与图4中的等离子束发生装置300相似，这里就不再重复描述。

此外，等离子束发生装置500中的第二磁体342为电磁体，例如螺线管。该螺线管的线圈可以缠绕在第二腔室432上并且由第三电源109供电。如图5所示，第三电源109的正极电连接到螺线管的一段，螺线管的另一端电连接到第二电极104。因此，第三电源109、第二磁体342(即螺线管)、第二电极为串联连接。从第三电源109的正极流出的电流依次经过第二磁体、第二电极以及等离子束115等，最终返回到第三电源109的负极。

此外，如上所述，第三电源109可以为脉冲电源。这样，只有在产生等离子束115期间，才有电流经过第二磁体342并产生对应的磁场。采用这种方式，不必通过额外的电源持续向第二磁体342供电，降低了等离子束发生装置500的制造成本和运行成本。

此外，在根据本公开的一些实施例中，可以使用电缆作为第二磁体342的螺线管。例如，与第三电源109的正极电连接的电缆可以缠绕在第二腔室432上(例如缠绕5-20圈)，然后再电连接到第二电极104。这样，当电流从电缆中流过时，缠绕在第二腔室432上的电缆就可以起到螺线管的作用，从而在第二腔室432内产生约束磁场。

例如，在根据本公开的一些实施例中，电缆的直径为18mm，由电缆缠绕形成的螺线管的内径为132mm，在真空室106中提供氩气、氢气和氦气的混合气体，其中氩气、氢气和氦气的流量比为1：3：10，真空室106内的背景气压维持在大约3.2Pa。流过电缆的电流为大约15kA，在第二腔室432的中心轴附近的磁场强度为大约0.8特斯拉。图6示出了通过高速相机(100kHz)拍摄的等离子束的照片。从图6可以看出，采用图5所示的等离子束发生装置500，可以得到稳定的等离子束，该等离子束沿着行进方向逐渐变窄，从大约22.6mm降低到大约5mm。通过高速相机采集的数据和等离子束轰击后的靶面痕迹分析，还可以进一步计算得到，在轰击靶材105之前的等离子束115的宽度为大约40μm，对应的等离子密度为大约5.1×10

应当理解，本公开所述的等离子体的行进方向是指远离等离子源的方向，即电子和负离子在电场作用下行进的方向。如图5所示，从等离子源发出的等离子束115依次通过第一电流计110、第一电极103、第二电流计111，最终轰击到靶材105。

此外，根据本公开的一些实施例，还可以采用以下技术方案：

1、一种等离子束发生装置，包括：

等离子源；

第一电源，用于为所述等离子源供电以产生等离子体；

第一电极，被构造成具有孔；

第二电源，用于在所述等离子源的负电极与所述第一电极之间产生第一电场，使得所述等离子体从所述孔穿过所述第一电极；

第二电极，用于接收穿过所述第一电极的等离子体；

第三电源，用于在所述第一电极与所述第二电极之间产生第二电场；

真空室，用于容纳所述等离子体；以及

磁体，用于产生磁场，所述磁场被构造成将所述等离子体约束在所述真空室的中心轴附近，

其中，所述真空室包括沿所述等离子体中自由电子的行进方向依次设置的第一腔室和第二腔室，

所述磁体包括：

第一磁体，用于在所述第一腔室中产生第一磁场；以及

第二磁体，用于在所述第二腔室中产生第二磁场，

其中，所述第二磁场的磁场强度大于第一磁场的磁场强度。

2、根据1所述的等离子束发生装置，其中，所述第二腔室的内径小于第一腔室的内径。

3、根据1或2所述的等离子束发生装置，其中，所述第二磁体包括围绕所述第二腔室布置的螺线管。

4、根据3所述的等离子束发生装置，其中，所述第三电源、所述第二磁体的螺线管以及所述第二电极串联连接。

5、根据3所述的等离子束发生装置，其中，所述螺线管包括串联在所述第三电源和所述第二电极之间的导线的至少一部分。

6、根据1所述的等离子束发生装置，其中，所述等离子源包括：

中空的筒状正电极；以及

位于正电极内部的负电极。

7、根据1所述的等离子束发生装置，其中，所述第一电源的正极与所述等离子源的正电极电连接，所述第一电源的负极与所述等离子源的负电极电连接。

8、根据1-7中任一项所述的等离子束发生装置，其中，所述第二电源的正极与所述第一电极电连接，所述第二电源的负极与所述等离子源的负电极电连接。

9、根据1-8中任一项所述的等离子束发生装置，其中，所述第三电源的正极与所述第二电极电连接，所述第三电源的负极与所述第一电极电连接。

10、根据1-9中任一项所述的等离子束发生装置，其中，所述第一电源为脉冲电源。

11、根据10所述的等离子束发生装置，其中，所述第一电源的脉冲宽度为0.1毫秒-10毫秒。

12、根据10或11所述的等离子束发生装置，其中，所述第一电源的电压为1kV-2kV。

13、根据1-12中任一项所述的等离子束发生装置，其中，所述第二电源为脉冲电源。

14、根据13所述的等离子束发生装置，其中，所述第二电源的脉冲宽度为0.5毫秒-50毫秒。

15、根据13或14所述的等离子束发生装置，其中，所述第二电源的电压为300V-1000V。

16、根据1-15中任一项所述的等离子束发生装置，其中，所述第三电源为脉冲电源。

17、根据16所述的等离子束发生装置，其中，所述第三电源的脉冲宽度为0.1毫秒-10毫秒。

18、根据16或17所述的等离子束发生装置，其中，所述第三电源的电压为1kV-3kV。

19、根据1-18中任一项所述的等离子束发生装置，还包括气体源，用于向所述真空室提供电离用气体。

20、根据19所述的等离子束发生装置，其中，所述真空室的气压为1Pa-10Pa。

21、根据19所述的等离子束发生装置，其中，所述气体源包括：氢气、氦气和氩气中的至少一种。

22、根据21所述的等离子束发生装置，其中，所述气体源包括：氢气、氦气和氩气，并且氩气、氢气和氦气的流量比为氩气：氢气：氦气＝1：3：10。

23、根据1-22中任一项所述的等离子束发生装置，还包括：

第一电流计，位于所述第一电极与所述等离子源之间，所述第一电流计被构造成测量所述第一电极与所述等离子源之间的等离子束的电流。

24、根据1-23中任一项所述的等离子束发生装置，还包括：

第二电流计，位于所述第一电极与所述第二电极之间，所述第二电流计被构造成测量所述第二电极与所述第一电极之间的等离子束的电流。

25、根据23所述的等离子束发生装置，其中，所述第一电流计为罗氏线圈。

26、根据24所述的等离子束发生装置，其中，所述第二电流计为罗氏线圈。

27、一种等离子束发生装置，包括：

等离子源；

第一电源，用于为所述等离子源供电以产生等离子体；

多个级联的第一电极，每个第一电极设置有孔；

多个第二电源，所述多个第二电源串联连接，并且各个第二电源的正极与对应的第一电极电连接，使得所述等离子体从所述孔穿过对应的第一电极；

第二电极，用于接收穿过所述多个级联的第一电极的等离子体；

第三电源，所述第三电源的正极电连接到所述第二电极，所述第三电源的负极电连接到与所述第二电极相邻的第一电极；

真空室，用于容纳所述等离子体；以及

磁体，用于产生磁场，所述磁场被构造成将所述等离子体约束在所述真空室的中心轴附近，

其中，所述真空室包括沿所述等离子体中自由电子的行进方向依次设置的第一腔室和第二腔室，

所述磁体包括：

第一磁体，用于在所述第一腔室中产生第一磁场；以及

第二磁体，用于在所述第二腔室中产生第二磁场，

其中，所述第二磁场的磁场强度大于第一磁场的磁场强度，所述第二磁体包括在所述第二腔室上缠绕多圈的线缆，所述线缆的一端电连接到所述第三电源的正极，另一端电连接到所述第二电极。

在说明书及权利要求中的词语“前”、“后”、“顶”、“底”、“之上”、“之下”等，如果存在的话，用于描述性的目的而并不一定用于描述不变的相对位置。应当理解，这样使用的词语在适当的情况下是可互换的，使得在此所描述的本公开的实施例，例如，能够在与在此所示出的或另外描述的那些取向不同的其他取向上操作。

如在此所使用的，词语“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”，而不是作为将被精确复制的“模型”。在此示例性描述的任意实现方式并不一定要被解释为比其它实现方式优选的或有利的。而且，本公开不受在上述技术领域、背景技术、发明内容或具体实施方式中所给出的任何所表述的或所暗示的理论所限定。

如在此所使用的，词语“基本上”意指包含由设计或制造的缺陷、器件或元件的容差、环境影响和/或其它因素所致的任意微小的变化。词语“基本上”还允许由寄生效应、噪声以及可能存在于实际的实现方式中的其它实际考虑因素所致的与完美的或理想的情形之间的差异。

另外，前面的描述可能提及了被“连接”或“耦接”在一起的元件或节点或特征。如在此所使用的，除非另外明确说明，“连接”意指一个元件/节点/特征与另一种元件/节点/特征在电学上、机械上、逻辑上或以其它方式直接地连接(或者直接通信)。类似地，除非另外明确说明，“耦接”意指一个元件/节点/特征可以与另一元件/节点/特征以直接的或间接的方式在机械上、电学上、逻辑上或以其它方式连结以允许相互作用，即使这两个特征可能并没有直接连接也是如此。也就是说，“耦接”意图包含元件或其它特征的直接连结和间接连结，包括利用一个或多个中间元件的连接。

另外，仅仅为了参考的目的，还可以在本文中使用“第一”、“第二”等类似术语，并且因而并非意图限定。例如，除非上下文明确指出，否则涉及结构或元件的词语“第一”、“第二”和其它此类数字词语并没有暗示顺序或次序。

还应理解，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。

在本公开中，术语“提供”从广义上用于涵盖获得对象的所有方式，因此“提供某对象”包括但不限于“购买”、“制备/制造”、“布置/设置”、“安装/装配”、和/或“订购”对象等。

本领域技术人员应当意识到，在上述操作之间的边界仅仅是说明性的。多个操作可以结合成单个操作，单个操作可以分布于附加的操作中，并且操作可以在时间上至少部分重叠地执行。而且，另选的实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在其他各种实施例中可以改变操作顺序。但是，其它的修改、变化和替换同样是可能的。因此，本说明书和附图应当被看作是说明性的，而非限制性的。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。在此公开的各实施例可以任意组合，而不脱离本公开的精神和范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本公开的范围和精神。本公开的范围由所附权利要求来限定。