苑聰聰 劉建星 王思蜀 陳波 陳建軍 王宏彬 葉宗標(biāo) 芶富均

等離子體窗具有高真空密封性和良好的束流通過(guò)性，在電子束焊接、加速器等領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景.針對(duì)傳統(tǒng)等離子體窗應(yīng)用孔徑小的問(wèn)題，本文在優(yōu)化的三陰極源基礎(chǔ)上研究了通道直徑為7 mm和8 mm等離子體窗的密封特性，以及Ar、He、H ?2 三種等離子窗壓降系數(shù)隨輸入電流和氣流量的變化關(guān)系.結(jié)果顯示，在輸入電流120～210 A、氣流量1000～5000 sccm范圍內(nèi)，Ar等離子體窗的壓降系數(shù)隨輸入電流、氣流量的增加呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，He、H ?2 等離子體窗的壓降系數(shù)隨輸入電流的增加逐漸上升，但隨著氣流量的增加，He等離子體窗的壓降系數(shù)先上升后下降，H ?2 等離子體窗的壓降系數(shù)逐漸下降.本實(shí)驗(yàn)獲得的等離子體窗最大壓降系數(shù)為2550，可隔絕的最大高壓為1 atm，與已報(bào)道文獻(xiàn)相比具備較好的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，展現(xiàn)了良好的密封性，在未來(lái)加速器等領(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛力.

等離子體窗； 壓降系數(shù)； 密封； 加速器

O53 A 2024.014002

Experimental study of plasma window sealing performance

YUAN Cong-Cong ?1 ， LIU Jian-Xing ?1 ， WANG Si-Shu ?2 ， CHEN Bo ?1 ， CHEN Jian-Jun ?1 ， WANG Hong-Bin ?1 ， YE Zong-Biao ?1 ， GOU Fun-Jun ??1

（1. Institute of Nuclear Science and Technology， Sichuan University， Chengdu 610064， China;

2. Institute of Atomic and Molecular Physics， Sichuan University， Chengdu 610064， China）

Plasma windows with a high vacuum tightness and a good beam throughput have promising applications in electron beam welding， accelerators and so on. This paper， aiming at the small-size problems of traditional plasma window apertures， presents the sealing characteristics of the plasma windows with channel diameters of 7 mm and 8 mm on the basis of the optimized three cathode sources. The relationship between the pressure drop coefficient （PDC） of Ar， He and H 2 and such experimental parameters as the input current and gas flow rate is studied， respectively. The input current was ranged from 120 to 210 A and the gas flow rate was done from 1000～5000 sccm. The results show that the PDC of the Ar plasma window firstly increases and then decreases with the increases of both the input current and gas flow rate. Differently， the PDC of the He and H 2 plasma windows gradually increases with the increase of the input current， and with the increase of gas flow rate， the PDC of the He plasma window firstly increases and then decreases and the PDC of the H 2 plasma window gradually decreases. The maximum PDC of the plasma windows obtained in this work is 2550， and the isolatable maximum high pressure is 1 atm. Compared with the reported literatures， these data mean that the developed plasma windows have a good competitive advantage and shows a good sealing performance for potential applications in fields of future accelerators.

Plasma window; Pressure drop coefficient; Seal; Accelerator

1 引 言

為了實(shí)現(xiàn)高能粒子束與不同靶的相互作用，需要將高能粒子束從高真空環(huán)境引出到高壓環(huán)境，并對(duì)高壓和真空進(jìn)行隔離密封，以確保粒子束的順利引出.然而，傳統(tǒng)的固態(tài)金屬薄壁密封方式容易導(dǎo)致粒子束能量損失和能散，同時(shí)長(zhǎng)期使用也容易受到破壞，導(dǎo)致真空泄露等嚴(yán)重問(wèn)題.與金屬薄壁密封方式相比，等離子體窗是一種無(wú)窗氣體靶系統(tǒng)，沒(méi)有實(shí)體密封所具有的損傷缺陷，具有較長(zhǎng)的壽命，可實(shí)現(xiàn)電子束、離子束以及X射線等束流從低氣壓到高氣壓的引出 ??［1-4］ ，消除了對(duì)束流強(qiáng)度、能量等的限制 ?［5］ ，因而倍受關(guān)注.Salerno等 ?［6］ 對(duì)等離子體窗在氣體靶上的應(yīng)用進(jìn)行了改善并率先討論了等離子體窗在加速器上應(yīng)用的可能性.在此基礎(chǔ)上，Krasik等 ?［7］ 對(duì)等離子體窗的基本特性進(jìn)行了研究，獲得了等離子體參數(shù)的空間分布.北京大學(xué)的Huang等人 ?［8］ ?通過(guò)數(shù)值模擬初步解釋了等離子體窗運(yùn)行的物理機(jī)制，表明了高的等離子體密度有利于獲得高的密封特性.三陰極等離子體源是獲取高密度等離子體的常用方式.出于等離子體穩(wěn)定性的考慮，以往的實(shí)驗(yàn)主要集中在對(duì)6 mm以下通道孔徑等離子體窗的研究，而小孔徑等離子體窗可引出的束流強(qiáng)度有限，為了獲得高強(qiáng)度的束流，需要研究更大孔徑的等離子體窗.Shi等人 ?［9］ 基于北京大學(xué)構(gòu)建的等離子體窗對(duì)6 mm通道孔徑進(jìn)行了測(cè)試，證明了大孔徑等離子體窗的可行性.但對(duì)更大通道孔徑等離子體窗的研究表明，大通道孔徑等離子體窗的壓降系數(shù)較低，密封效果不理想 ?［10，11］ ，而且這些實(shí)驗(yàn)較少涉及對(duì)壓降系數(shù)影響因素的實(shí)驗(yàn)研究.

傳統(tǒng)的等離子體窗主要采用的是單陰極級(jí)聯(lián)弧等離子體源 ?［6，9］ .為了進(jìn)一步提高等離子體窗的壓降系數(shù)，本實(shí)驗(yàn)采用四川大學(xué)先進(jìn)核能與氫能實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的直線等離子體裝置三陰極直流級(jí)聯(lián)弧放電等離子體源產(chǎn)生等離子體.產(chǎn)生的等離子體由于放電腔室與真空腔室的巨大壓差從噴口以超音速的速度噴出并向真空腔室擴(kuò)散，經(jīng)過(guò)一個(gè)超音速擴(kuò)展與震動(dòng)過(guò)程，可以形成亞音速的穩(wěn)定等離子體束.其中，三陰極直流級(jí)聯(lián)弧放電等離子體源通過(guò)三根陰極鎢針耦合工作，通過(guò)提高電子產(chǎn)生效率，有效增強(qiáng)H ?2 離化程度，提高等離子體參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)等離子體窗壓降系數(shù)的增強(qiáng) ?［12］ .基于此裝置，本文對(duì)Ar、He和H ?2 三種等離子體窗開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究，分析通道孔徑、氣流量和輸入電流對(duì)等離子體窗密封特性的影響，并對(duì)Ar、He、H ?2 三種等離子體窗的密封效果進(jìn)行比較.

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

本實(shí)驗(yàn)采用三陰極等離子體源獲得高密度、高通量的等離子體，為了滿足實(shí)驗(yàn)要求，對(duì)三陰極源進(jìn)行了優(yōu)化，采用級(jí)聯(lián)銅板提高放電參數(shù)進(jìn)而提高等離子體參數(shù) ?［13］ .放電通道材料采用耐高溫的鎢銅合金，有利于承受高密度的等離子體.本實(shí)驗(yàn)采用四川大學(xué)先進(jìn)核能與氫能實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的三陰極直流級(jí)聯(lián)弧放電等離子體源構(gòu)建等離子體窗.整套實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，主要包括等離子體電源、真空抽氣系統(tǒng)、真空測(cè)量系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)以及三陰極等離子體源.等離子體電源可提供的輸入電流范圍為120～210 A，輸入電流平均分配到三個(gè)陰極上.真空抽氣系統(tǒng)由滑閥泵1、滑閥泵2、600羅茨泵和2500羅茨泵組成，可將真空腔室內(nèi)的壓強(qiáng)抽到6×10 ?-2 ?Pa以下.供氣系統(tǒng)控制Ar、He和H ?2 三種氣體的進(jìn)氣量，本實(shí)驗(yàn)控制氣體的流量范圍為1000～5000 sccm.真空測(cè)量系統(tǒng)采用INFICO電容式真空計(jì)CDG025D 分別測(cè)量進(jìn)氣端壓強(qiáng) p ?1 ?和真空腔室內(nèi)的壓強(qiáng) p ?2 ?.

實(shí)驗(yàn)所用三陰極等離子體源結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要包括三個(gè)陰極、陰極底座、陽(yáng)極底座和5塊級(jí)聯(lián)銅板.每個(gè)銅板的厚度為7 mm，等離子體窗總長(zhǎng)度為35 mm.本實(shí)驗(yàn)所用銅板中心孔徑有7 mm和8 mm兩種.各銅板通過(guò)中心鎢銅合金的圓孔形成等離子體窗通道，銅板之間的絕緣圈、絕緣墊片及四氟片使各銅板間互相絕緣.等離子體源陰極底座連接進(jìn)氣口，陽(yáng)極底座連接真空腔室.實(shí)驗(yàn)通過(guò)冷卻水對(duì)等離子體窗各部件進(jìn)行冷卻，防止實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)裝置過(guò)熱的情況.

2.2 實(shí)驗(yàn)原理與方法

等離子體窗隔絕高氣壓主要依靠壓力平衡效應(yīng)，比如在壓力平衡狀態(tài)下，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程 p = nkT ，高溫等離子體（ T =12 000 K）的密度相當(dāng)于室溫（ T =300 K）氣體密度的1/40，低的等離子體密度可降低粒子束流引出過(guò)程中由于碰撞導(dǎo)致的能量損失，有利于束流的引出.此外，動(dòng)力黏度效應(yīng)也是等離子體窗隔絕高氣壓的另一重要因素.根據(jù)泊肅葉公式，層流狀態(tài)下氣體通過(guò)圓柱形管道產(chǎn)生的壓降為

p 2 1-p 2 2= 16 π η 1 r 4 NRT ?（1）

當(dāng) p ?1 ?遠(yuǎn)大于 p ?2 ?時(shí)，可近似得到入口氣壓 p ?1 ?.

p 1=2.26 ?ηlkNT ?r 2 ??（2）

其中， η 為氣體黏度系數(shù)； l 為通道長(zhǎng)度； k 為玻爾茲曼常數(shù)； N 表示粒子數(shù)流量； T 為氣體溫度； r 為通道半徑.等離子體的黏度系數(shù)主要與等離子體溫度有關(guān)，比如氬等離子體在10 000 K時(shí)的黏度系數(shù)為2.42×10 ?-4 ，約為室溫下氬氣黏度系數(shù)的10倍 ?［14］ .而高的黏度系數(shù)有利于提高可維持的高壓.因此，壓力平衡效應(yīng)和動(dòng)力黏度效應(yīng)的共同作用使等離子體窗兩端產(chǎn)生巨大的壓強(qiáng)差.

實(shí)驗(yàn)首先打 開(kāi)冷卻水系統(tǒng)并使用真空抽氣系統(tǒng)將腔室內(nèi)壓強(qiáng)抽到6×10 ?-2 ?Pa以下，通過(guò)供氣系統(tǒng)控制氣體種類和進(jìn)氣量，進(jìn)氣量范圍為1000～ 5000 sccm.通過(guò)等離子體電源調(diào)節(jié)輸入電流，輸入電流范圍為120～210 A.三陰極等離子體源放電產(chǎn)生等離子體，形成等離子體窗，在等離子體窗兩端產(chǎn)生巨大的壓強(qiáng)差.電容式真空計(jì)1、2分別測(cè)量進(jìn)氣端壓強(qiáng) p ?1 ?和真空腔室內(nèi)的壓強(qiáng) p ?2 ?，通過(guò)計(jì)算得到等離子體窗的壓降系數(shù) p ?1 /p ?2 ?.

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)得到的Ar、He和H ?2 三種等離子體窗壓降系數(shù)隨輸入電流和進(jìn)氣流量的變化關(guān)系如圖3所示.由圖3a，在輸入電流為120～165 A范圍內(nèi)，隨輸入電流的增加，Ar等離子體窗壓降系數(shù)逐漸增加.在輸入電流為165～210 A范圍內(nèi)，Ar等離子體窗的壓降系數(shù)隨輸入電流的增加不再單調(diào)變化，而發(fā)生振蕩.其壓降系數(shù)在輸入電流為195 A，氣流量為2000 sccm時(shí)達(dá)到最大值2550.輸入電流的變化還使Ar等離子體窗的壓降系數(shù)隨氣流量變化的峰值發(fā)生變化.在輸入電流為120～165 A范圍內(nèi)，Ar等離子體窗的壓降系數(shù)在氣流量為2000 sccm達(dá)到峰值，而輸入電流為180和210 A時(shí)，壓降系數(shù)在氣流量為1500 sccm處達(dá)到峰值.氣體流量的增加導(dǎo)致Ar等離子體窗的壓降系數(shù)先增加后下降，如前所述，壓降系數(shù)峰值因輸入電流的不同出現(xiàn)在1500 sccm附近或2000 sccm附近.由圖3b，He等離子體窗的壓降系數(shù)在輸入電流為120～210 A范圍內(nèi)隨輸入電流的增加而逐漸增加，且在氣流量為2500 sccm以上的壓降系數(shù)增加幅度大于在氣流量2500 sccm以下的增加幅度.在輸入電流為210 A，氣流量為5000 sccm時(shí)，He等離子體窗的壓降系數(shù)達(dá)到最大值1340.在輸入電流為165 A以下時(shí)，He等離子體窗的壓降系數(shù)隨氣流量的增加先上升后下降，當(dāng)輸入電流高于165 A時(shí)，其壓降系數(shù)隨氣流量的增加逐漸增加.由圖3c，H ?2 等離子體窗的壓降系數(shù)隨輸入電流的增加逐漸增加，且在120～150 A的增加幅度大于在150～180 A的增加幅度.隨著氣流量的增加，H ?2 等離子體窗的壓降系數(shù)逐漸下降.在輸入電流為180 A，氣流量為1000 sccm時(shí)，H ?2 等離子體窗的壓降系數(shù)達(dá)到最大值1616.

在輸入電流為120～210 A范圍內(nèi)，我們從低到高選取了120 A、150 A和180 A的輸入電流進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)比7 mm和8 mm通道孔徑的壓降系數(shù).實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示.由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在所選取的輸入電流條件下，Ar、He和H ?2 三種等離子體窗在7 mm通道孔徑下的壓降系數(shù)皆遠(yuǎn)高于8 mm通道孔徑的壓降系數(shù)，表明通道孔徑的增加會(huì)使等離子體窗的密封性能明顯變差.由圖4a可知，兩種通道孔徑下，Ar等離子體窗壓降系數(shù)隨氣流量的變化趨勢(shì)基本相同，但隨輸入電流的變化趨勢(shì)有所差別.在7 mm通道孔徑下，Ar等離子體窗壓降系數(shù)隨輸入電流的增加先上升后下降，但在8 mm通道孔徑下，壓降系數(shù)隨輸入電流的增加逐漸增加.在7 mm和8 mm通道孔徑下，Ar等離子體窗的壓降系數(shù)在輸入電流為150 A時(shí)相差最大，達(dá)到600.與Ar等離子體窗不同，在兩種通道孔徑下，He等離子體窗的壓降系數(shù)隨輸入電流的變化趨勢(shì)保持一致，但隨氣流量的變化有所差別.由圖4b，兩種通道孔徑下，He等離子體窗的壓降系數(shù)皆隨輸入電流的增加而增加，但在輸入電流為 120 A 和150 A時(shí)，7 mm通道孔徑的He等離子體窗壓降系數(shù)先隨氣流量的增加而增加，在氣流量為2500 sccm或3500 sccm時(shí)開(kāi)始下降，隨后緩慢增加.而在8 mm通道孔徑下，He等離子體窗的壓降系數(shù)隨氣流量的增加一直緩慢增加.對(duì)于H ?2 等離子體窗，如圖4c所示，隨輸入電流和進(jìn)氣量的增加，其壓降系數(shù)的變化趨勢(shì)在兩種通道孔徑下保持一致.

最后實(shí)驗(yàn)對(duì)比了Ar、He 和H ?2 三種等離子體窗的密封特性，結(jié)果如圖5所示.在所測(cè)氣流量范圍內(nèi)，Ar等離子體窗壓降系數(shù)隨氣流量的增加先逐漸上升，然后保持穩(wěn)定，最后逐漸下降，H ?2 等離子體窗壓降系數(shù)隨氣流量的增加逐漸下降，He等離子體窗壓降系數(shù)隨氣流量的增加變化不大.在輸入電流為165 A、氣流量為1000～4500 sccm范圍內(nèi)，Ar等離子體窗的壓降系數(shù)最大約為2400，H ?2 等離子體窗壓降系數(shù)最大約為1500，He等離子體窗壓降系數(shù)最大約為1100.由此可知，在該條件下，Ar等離子體窗的密封特性最好，H ?2 等離子體窗次之，He等離子體窗最差.

3.2 分析與討論

在氣流量一定的條件下，輸入電流通過(guò)影響等離子體溫度和密度改變等離子體窗的壓降系數(shù).由于實(shí)驗(yàn)裝置的限制，實(shí)驗(yàn)無(wú)法獲得在等離子體產(chǎn)生處的等離子體溫度、等離子體密度等相關(guān)參數(shù).但由以往實(shí)驗(yàn)可知，等離子體溫度、等離子體密度隨輸入電流的變化皆呈指數(shù)變化關(guān)系 ??［12，15］ .此外，等離子體溫度的變化又會(huì)影響等離子體的黏度系數(shù)，且Ar、He、H ?2 三種等離子體的黏度系數(shù)隨溫度的增加呈先上升后下降的變化趨勢(shì) ?［16，17］ .由于Ar的電離能明顯小于He、H ?2 的電離能，因此輸入電流的增加使Ar等離子體溫度增加得更快，進(jìn)而其黏度系數(shù)隨溫度增加的變化趨勢(shì)由逐漸上升轉(zhuǎn)為逐漸下降，導(dǎo)致Ar等離子體窗的壓降系數(shù)隨輸入電流的增加呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，而非如He、H ?2 等離子體窗壓降系數(shù)隨輸入電流的增加逐漸上升的變化趨勢(shì).

在輸入電流一定的情況下，氣流量的增加會(huì)導(dǎo)致進(jìn)氣口的氣壓增大，由壓力平衡效應(yīng)，等離子體的密度會(huì)有所增加，等離子體密度的變化影響等離子體溫度，進(jìn)而引起等離子體黏度系數(shù)的變化. 然而等離子體黏度系數(shù)、離子密度和溫度與進(jìn)氣流量并不呈現(xiàn)簡(jiǎn)單的線性關(guān)系.如以往的研究所示 ?［18］ ，在低進(jìn)氣流量，等離子體溫度和密度隨氣流量的變化一般會(huì)呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系，但是在氣流量增大以后，由于過(guò)高的進(jìn)氣流量會(huì)增大電離難度，常會(huì)出現(xiàn)“衰減”或“飽和”現(xiàn)象，因此壓降系數(shù)隨氣流量的變化不呈現(xiàn)式（2）所描述的變化趨勢(shì).在相同輸入電流條件下，由于 電離能的不同，三種等離子體的溫度不同，且由文獻(xiàn)［16，17］可知，在5000～ ??20 000 K范圍內(nèi)，Ar和H ?2 等離子體黏度系數(shù)相差約10倍，因而等離子體溫度以及黏度系數(shù) 等物理特性的差異導(dǎo)致Ar、He和H ?2 等離子體窗的壓降系數(shù)隨氣流量的變化最終呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì).

通道孔徑的變化影響等離子體窗可隔絕的高壓，由式（2）可知，等離子體窗可隔絕的高氣壓端氣壓與通道半徑的平方成反比.因此，7 mm通道孔徑等離子體窗的壓降系數(shù)明顯高于8 mm等離子體窗的壓降系數(shù).

4 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)研究了通道孔徑、輸入電流以及氣流量對(duì)Ar、He和H ?2 三種等離子體窗壓降系數(shù)的影響.由實(shí)驗(yàn)得到，Ar等離子體窗的壓降系數(shù)在輸入電流120～210 A范圍內(nèi)隨輸入電流的增加先上升后發(fā)生振蕩變化，在輸入電流為195 A時(shí)達(dá)到最大值，且當(dāng)輸入電流大于195 A時(shí)，壓降系數(shù)隨氣流量變化的峰值可提前至1500 sccm.He、H ?2 等離子體窗的壓降系數(shù)在輸入電流為 120～210 A范圍內(nèi)皆隨輸入電流的增加逐漸上升.在輸入電流為120～ ??210 A范圍內(nèi)，Ar等離子體窗的壓降系數(shù)隨氣體流量的增加先上升后下降，在氣流量為1500或2000 sccm時(shí)達(dá)到峰值，He等離子體窗的壓降系數(shù)在輸入電流為165 A以下隨氣流量的增加先上升后下降，當(dāng)輸入電流高于165 A時(shí)，壓降系數(shù)隨氣流量的增加而逐漸 上升；H ?2 等離子體窗的壓降系數(shù)隨氣流量的增加逐漸下降.在輸入電流為120～ ??210 A，氣流量為1000～5000 sccm范圍內(nèi)，7 mm通道孔徑的Ar、He、H ?2 三種等離子體窗壓降系數(shù)最大分別可達(dá)到2550、1340和1616， 8 mm通道孔徑下Ar、He、H ?2 三種等離子體窗壓降系數(shù)最大分別可達(dá)到1880、1000和1140.在輸入電流為165 A，氣流量1000～4500 sccm 條件下，Ar等離子體窗的密封性能最好，H ?2 等離子體窗次之，He等離子體窗的密封性能最差.

參考文獻(xiàn)：

［1］ ??Hershcovitvh A. High-pressure arcs as vacuum-atmosphere interface and plasma lens for non-vacuum electron beam welding machines，electron beam melting，and nonvacuum ion material modification［J］. Appl Phys， 1995， 78： 5283.

［2］ ?Hershcovitvh ?A. Non-vacuum electron beam welding through a plasma window ［J］. Nucl Instrum Methods Phys B， 1999， 152： 515.

［3］ ?Pinkoski B T， Zacharia I， Hershcovitch A， ?et al . X-ray transmission through a plasma window［J］. Rev Sci Instrum， 2001， 72： 1677.

［4］ ?Hershcovitvh A. A plasma window for transmission of particle beams and radion from vaccum to atmosphere for various applications［J］. Phy Sci Instrum，1998， 5： 2130.

［5］ ?Gerber W， Lanza R C， Hershcovitch A， ?et al . The plasma porthole： a windowless vacuum-Pressure interface with various applications［J］. Phy Sci Instrum， 1998， 5： 2130.

［6］ ?Salerno ?D，Pinkoski B T，Hershcovitch A， ?et al . Windowless targets for intense beams ［J］. NIM A，2001， 469： 13.

［7］ ?Krasik Ya E， Gleizer S， Gurovich V， ?et al . Plasma window characterization ［J］. Appl Phys， 2007， 101： 053305.

［8］ ?Huang S， Zhu K， Shi B L， ?et al . Numerical simulation study on fluid dynamics of plasma window using argon ［J］.Phys Plasmas， 2013， 20： 1.

［9］ ?Shi B L， Huang S， Zhu K， ?et al . Experimental study of the plasma window ［J］. Chinese Phys C， 2014， 1： 1.

［10］ ?Wang S Z， Zhu K， Huang S， ?et al . Theoretical and experimental investigation on magneto-hydrodynamics of plasma window［J］.Phys Plasmas， 2016， 23： 013505.

［11］ Ikoma N， Miyake Y， Takahashi M， ?et al . Demonstration of plasma window with 20 mm diameter and pressure separation for accelerator applications ［J］. Plasma Fusion Res： Rapid Commun， 2019， 14： 1206148.

［12］ Zhang Z Y， Cao X G， Han L， ?et al . Diagnosing characteristics of helium plasma generated by triple-cathode cascaded arc plasma source ［J］. Chin J Vac Sci Technol， 2017， 37： 1102.［張志艷，曹小崗， 韓磊， 等. 三陰極級(jí)聯(lián)弧源下等離子體的特性研究［J］. 真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)， 2017， 37： 1102.］

［13］ Ou W， Deng B Q， Zeng X J， ?et al .Characteristics of single cathode cascaded bias voltage Arc plasma ［J］.Plasma Sci Technol， 2016， 18： 627.

［14］ Murphy A B， Arundell C J. Transport coefficients of argon，nitrogen，oxygen， argon-nitrogen， and argon-oxygen plamas［J］. Plasma Chem Plasma Process， 1994， 14： 451.

［15］ Cao X G， Xia Y X， Chen B Z， ?et al . Langmuir probe measurements of an expanding argon plasma ［J］.Plasma Sci Technol， 2015， 17： 20.

［16］ Murphy ?A B， Tam E.Thermodynamic properties and transport coefficients of arc lamp plasmas： argon， krypton and xenon ［J］. J Phys D： Appl Phys， 2014， 47： ?295202.

［17］ Murphy ?A B. Transport coefficient of plasmas in mixtures of nitrogen and hydrogen ［J］. Chem Phys， 2012， 398： 64.

［18］ Chen B， Wang H B， Wei J J， ?et al . Investigation of hydrogen plasma and its irradiation behavior on tungsten ［J］. J Sichuan Univ（Nat Sci Ed）， 2021， 58： 054001. ［陳波， 王宏彬， 韋建軍， 等. 氫等離子體特性及其對(duì)鎢的輻照行為研究［J］. 四川大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2021， 58： 054001.］

收稿日期： ?2023-05-11

基金項(xiàng)目： ?中國(guó)工程物理研究院中子物理學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金（2019BC02）

作者簡(jiǎn)介： ??苑聰聰（1999-）， 男， 河南周口人， 碩士研究生， 研究方向?yàn)楹思夹g(shù)及應(yīng)用.E-mail： 1790938267@qq.com

通訊作者： ?芶富均.E-mail： gfujun@scu.edu.cn; 葉宗標(biāo).E-mail： zbye@scu.edu.cn