本發(fā)明涉及高能量分子束流產(chǎn)生技術領域，特別是一種使用無隔膜型激波管的超高溫分子束源。
背景技術：
分子束技術是實驗上研究氣體-表面相互作用的一種重要方法。在散射實驗中，產(chǎn)生可以精確控制分子的平移動能以及內(nèi)部自由度的分子束，用來研究氣體-表面體系，獲得表面的勢能等重要信息，目前產(chǎn)生分子束的方法有：種子束方法(seeded beam method)：使用一個加熱的噴嘴，通常用于產(chǎn)生平移能量在個位數(shù)電子伏特(eV)的分子束，但是對束流特性的控制，受到噴嘴材料的最大工作溫度的限制，不能產(chǎn)生較高能量的分子束；超高溫的分子束源：可以產(chǎn)生一束包含分解的成分種類，是研究表面反應的重要方法，一個電弧加熱的噴嘴束流源可以產(chǎn)生高度解離的分子束，但是，這樣的分子束包含了由于電極腐蝕而產(chǎn)生的表面收到污染的銅原子，不適合于需要清潔表面的散射實驗；激光引爆源和放電源：不會受噴嘴材料的限制，可以產(chǎn)生相對較高能量的束流，但是氣體分子的速率分布的范圍較大，在具體實驗中較難控制條件。為了準確地估計動量和能量相關參數(shù)，迫切需要一種能產(chǎn)生較窄速率分布的分子束的方法，所述一種使用無隔膜型激波管的超高溫分子束源能解決這一問題。
激波管通常是一根兩端封閉的柱形長管，中間用一膜片隔成兩段，分別充以滿足模擬要求的高壓驅動氣體和低壓被驅動氣體；膜片破裂后，高壓氣體膨脹，產(chǎn)生向低壓氣體中快速運動的激波，并產(chǎn)生向原高壓氣體端傳播的膨脹波。激波的壓縮作用是會使被驅動氣體的參量有相應的變化，例如壓強和溫度有較大的提高，從而得到符合模擬要求的工作條件。由于激波運動相當迅速，經(jīng)激波壓縮后的實驗氣體參量只能在短暫時間(通常是毫秒級到微秒級)內(nèi)保持不變，相應的流動也只在短暫時間內(nèi)保持定常。用激波管獲得的氣體流動，可用于不同目的的空氣動力學試驗研究。
技術實現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有的分子束源的各種缺陷，本發(fā)明提供了一種使用無隔膜型激波管的超高溫分子束源，激波管安裝于真空腔內(nèi)、且激波管體積比傳統(tǒng)的小，實驗中能夠容易控制條件，準確地估計動量和能量相關參數(shù)，是一種能產(chǎn)生較窄速率分布的分子束源。
本發(fā)明所采用的技術方案是：
所述一種使用無隔膜型激波管的超高溫分子束源，主要包括由分流器I和分流器II相間隔為真空室I和真空室II和真空室III而組成的真空腔、驅動氣體進口、主閥、高壓室、低壓室、束流出口I、分流器I、排氣口I、排氣口II、排氣口III、斬波器、束流出口II、分流器II、供氣閥、供氣入口、排氣口IV、排氣閥，所述排氣閥連接所述低壓室、且其排氣口IV位于所述真空室I外，所述供氣閥連接所述低壓室、且其供氣入口位于所述真空室I外，所述斬波器位于所述真空室II內(nèi)，所述排氣口I、排氣口II、排氣口III外分別連接不同抽速的分子泵并分別對所述真空室I、真空室II、真空室III抽真空，由所述驅動氣體進口、主閥、高壓室、低壓室、束流出口I依次連接組成激波管，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中間均開有小孔。
在分子源工作時，所述真空室I、真空室II和真空室III的真空度分別可為10-2Pa、10-4Pa、10-6Pa。所述激波管使用氦氣作為驅動氣體，使用氮氣或氧氣作為被驅氣體，使用氮氣作為被驅氣體時產(chǎn)生的氮分子束流的平移能量約為1電子伏特(eV)，使用氧氣作為被驅氣體時出射的束流中還包含解離出來的氧原子、且分子束的解離率可以通過調(diào)節(jié)氧氣的供氣量來改變，并使用飛行時間的方法來表征氮氣和氧氣分子束的特性，分子束中分子的速率分布滿足麥克斯韋-玻爾茲曼分布。所述激波管直徑約2毫米至4毫米，長度300毫米。所述主閥是高導電率閥并用于替代隔膜型激波管中的隔膜，其響應速度快、響應時間約200微秒。所述分流器I和所述分流器II中間的小孔直徑約為0.4毫米至0.8毫米，能夠使垂直其入射的一小部分分子束流通過。
工作中，驅動氣體進入所述高壓室，被驅氣體進入所述低壓室，達到一定條件后，所述主閥開啟并迅速關閉，所述低壓室連接的所述排氣閥的機械泵抽走室內(nèi)的大量多余氣體，由激波加熱的被驅氣體通過一個幾百微米直徑的所述束流出口I膨脹到所述真空室I，沿束流方向的超聲自由射流的中心部分從所述分流器I中的小孔射出進入所述真空室II，分流器的作用是產(chǎn)生高能量的且包含解離的化學物類的分子流。接下來，分子束通過位于所述真空室II的所述斬波器來進行初步調(diào)制，接著束流又經(jīng)過所述分流器II中的小孔，目的是起到準直作用，為后面的測量腔提供符合實驗要求的超高溫分子束源，進入測量腔進行后續(xù)的其他實驗；真空管路中連接的分子泵抽走管路各段多余的氣體，能夠保持測量腔的高真空度。
本發(fā)明的有益效果是：
所述一種使用無隔膜型激波管的超高溫分子束源，激波加熱的時間較短，工作中噴嘴的溫度不會上升得很快，克服了噴嘴溫度對材料的限制，使得能產(chǎn)生具有更高平移動能的分子束；無隔膜型激波管不用像現(xiàn)有的隔膜型激波管那樣需要頻繁地更換隔膜，節(jié)省成本及時間，為后面的測量腔提供符合實驗要求的超高溫分子束源。
附圖說明
下面結合本發(fā)明的圖形進一步說明：
圖1是本發(fā)明示意圖。
圖中，1.真空腔，2.驅動氣體進口，3.主閥，4.高壓室，5.低壓室，6.束流出口I，7.分流器I，8.排氣口I，9.排氣口II，10.排氣口III，11.斬波器，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.供氣閥，18.供氣入口，19.排氣口IV，20.排氣閥。
具體實施方式
如圖1是本發(fā)明示意圖，所述一種使用無隔膜型激波管的超高溫分子束源，主要包括由分流器I 7和分流器II 13相間隔為真空室I 16和真空室II 15和真空室III14而組成的真空腔1、驅動氣體進口2、主閥3、高壓室4、低壓室5、束流出口I 6)、分流器I 7、排氣口I 8、排氣口II 9、排氣口III10、斬波器11、束流出口II 12、分流器II 13、供氣閥17、供氣入口18、排氣口IV 19、排氣閥20，所述排氣閥20連接所述低壓室5、且其排氣口IV 19位于所述真空室I 16外，所述供氣閥17連接所述低壓室5、且其供氣入口18位于所述真空室I16外，所述斬波器11位于所述真空室II 15內(nèi)，所述排氣口I 8、排氣口II 9、排氣口III10外分別連接不同抽速的分子泵并分別對所述真空室I 16、真空室II 15、真空室III14抽真空，由所述驅動氣體進口2、主閥3、高壓室4、低壓室5、束流出口I 6依次連接組成激波管，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中間均開有小孔。
在分子源工作時，所述真空室I 16、真空室II 15和真空室III14的真空度分別可為10-2Pa、10-4Pa、10-6Pa。所述激波管使用氦氣作為驅動氣體，使用氮氣或氧氣作為被驅氣體，使用氮氣作為被驅氣體時產(chǎn)生的氮分子束流的平移能量約為1電子伏特(eV)，使用氧氣作為被驅氣體時出射的束流中還包含解離出來的氧原子、且分子束的解離率可以通過調(diào)節(jié)氧氣的供氣量來改變，并使用飛行時間的方法來表征氮氣和氧氣分子束的特性，分子束中分子的速率分布滿足麥克斯韋-玻爾茲曼分布。所述激波管直徑約2毫米至4毫米，長度300毫米。所述主閥3是高導電率閥并用于替代隔膜型激波管中的隔膜，其響應速度快、響應時間約200微秒。所述分流器I 7和所述分流器II 13中間的小孔直徑約為0.4毫米至0.8毫米，能夠使垂直其入射的一小部分分子束流通過。
工作中，驅動氣體進入所述高壓室4，被驅氣體進入所述低壓室5，達到一定條件后，所述主閥3開啟并迅速關閉，所述低壓室5連接的所述排氣閥20的機械泵抽走室內(nèi)的大量多余氣體，由激波加熱的被驅氣體通過一個幾百微米直徑的所述束流出口I 6膨脹到所述真空室I 16，沿束流方向的超聲自由射流的中心部分從所述分流器I 7中的小孔射出進入所述真空室II 15，分流器的作用是產(chǎn)生高能量的且包含解離的化學物類的分子流。接下來，分子束通過位于所述真空室II 15的所述斬波器11來進行初步調(diào)制，接著束流又經(jīng)過所述分流器II13中的小孔，目的是起到準直作用，為后面的測量腔提供符合實驗要求的超高溫分子束源，進入測量腔進行后續(xù)的其他實驗；真空管路中連接的分子泵抽走管路各段多余的氣體，能夠保持測量腔的高真空度。