CN109378682B - 一种使用激光轰击靶材产生新物质的装置 - Google Patents

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Abstract

一种使用激光轰击靶材产生新物质的装置属于激光应用技术领域，包括激光聚焦镜、靶材室、超声速喷管、物质探测室。靶材室一端安装有石英窗口，石英窗口处设有进气管道。靶材室内安装放置平台，放置平台上装有靶材。在物质探测室内接近超声速喷管出口位置附近设有取样管道，在物质探测室另一端设置有抽气管道和压力表。工作时首先开启真空泵，缓冲气体通过进气管道通入靶材室，并使用压力表监测物质探测室的气压。然后开启激光，通过激光聚焦镜轰击靶材，轰击产生的物质随缓冲气体，经过超音速喷管，流向物质探测室。最后产生的物质通过取样管道进入物质测试仪器，对产生物质的性质进行测量。本发明具有结构紧凑、装置简洁、使用方便等优点。

Description

一种使用激光轰击靶材产生新物质的装置
技术领域
本发明属于激光应用技术领域，更具体地，涉及一种使用激光轰击靶材产生新物质的装置。
背景技术
自激光诞生之日起，激光与物质的相互作用便成为了一个经久不衰的热点研究领域，而新材料和新物质的研究是对工程技术进步具有重大影响的基础研究领域之一。产生新的材料或者物质可以通过多种技术实现，使用高能激光轰击靶材产生新物质，具有使用灵活、过程简洁、可重复性强、批量生产能力好等优点，是非常具有前景的技术途径之一。例如，在催化化学领域，使用高能激光轰击某些靶材，可以产生比表面积大的一些大分子物质，具有特别良好的催化性能，可用于某些工业产品的高效生产。
高能激光作用与靶材会产生大量的热量，使靶材和产生的物质急剧升温。如果环境气体的化学活性较强，如存在氧气等，那么会使产生的物质与环境气体发生化学反应。为了避免化学反应的发生，通常的做法是使用惰性气体作为保护气体。此外通过激光轰击靶材产生的物质的温度通常较高，通常需要对其先进行冷却，然后才能对其的性质进行测量。目前都采用基于热传导的方法对产生的物质进行冷却，冷却时间较长，冷却效果较差。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供一种使用激光轰击靶材产生新物质的装置。
本发明采用的技术方案为：
一种使用激光轰击靶材产生新物质的装置，包括激光聚焦镜、靶材室、超声速喷管、物质探测室。所述的靶材室一端安装有石英窗口，石英窗口下方设有激光聚焦镜，并且在石英窗口附近设置有进气管道；靶材室另一端通过超声速喷管与物质探测室连通。所述的靶材室内部安装有放置平台，放置平台上装有靶材。所述的物质探测室内一端接近超声速喷管出口位置附近设置有取样管道，取样管道与物质测试仪器连接；物质探测室另一端设置有抽气管道和压力表，抽气管道与真空泵连接。
工作时首先开启真空泵，并将缓冲气体通过进气管道通入靶材室，并使用压力表监测物质探测室的气压。然后开启激光，通过激光聚焦镜轰击靶材，轰击产生的物质随缓冲气体，经过超音速喷管，流向物质探测室。最后产生的物质通过取样管道进入物质测试仪器，对产生物质的性质进行测量。
更进一步地，所述的一种使用激光轰击靶材产生新物质的装置，设计保护气体入口相对于石英窗口的位置，使保护气体能够保护石英窗口免受产生的物质造成的污染。
更进一步地，所述的一种使用激光轰击靶材产生新物质的装置，设计超声速喷管，使携带产生的物质的缓冲气实现数个马赫数流速，以降低产生的物质的温度。所述的超声速喷管10采用拉瓦尔喷管结构。
更进一步地，所述的一种使用激光轰击靶材产生新物质的装置，可以使用多种物质探测仪器对产生的物质进行测量。
更进一步地，所述的一种使用激光轰击靶材产生新物质的装置，缓冲气体采用化学性质不活泼的惰性气体，产生的物质在高温条件下，与周围氧气等化学性质较为活泼的气体发生反应。
该装置采用惰性气体保护产生的物质的同时，使用超音速喷管技术快速冷却产生的物质，具有结构紧凑、装置简洁、使用方便等优点。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种使用激光轰击靶材产生新物质的装置的结构示意图。
图1中：1激光；2激光聚焦镜；3石英窗口；4进气管道；5靶材室；6放置平台；7取样管道；8物质测试仪器；9靶材；10超声速喷管；11压力表；12-物质探测室；13抽气管道；14真空泵。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种使用激光轰击靶材产生新物质的装置。图1示出了本发明实施例提供的一种使用激光轰击靶材产生新物质的装置的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
一种使用激光轰击靶材产生新物质的装置，包括焦距为1000mm的激光聚焦镜2、靶材室5、超声速喷管10、物质探测室12。靶材室5一端安装有石英窗口3，并且在石英窗口3附近设置有进气管道4，石英窗口3侧面设有激光聚焦镜2。在靶材5室内部安装有放置平台6，放置平台上装有靶材9，靶材9为碳。在物质探测室12内接近超声速喷管10出口的位置附近设置有取样管道7，取样管道7连接物质测试仪器8。在物质探测室12另一端设置有抽气管道13和压力表11，抽气管道13与真空泵14连接。实施例中，超声速喷管10采用拉瓦尔喷管结构。
使用He气作为缓冲气体，工作时首先开启真空泵14，并将缓冲气体通过进气管道4通入靶材室5，并使用压力表11监测物质探测室12的气压。调节进气管道4和真空泵14的参数，使的超声速喷管内的缓冲气体实现2个以上马赫数的流动，温度降到180K左右，实现快速冷却产生的物质的目的。
工作时采用10kW氧碘激光器(COIL)通过激光聚焦镜2轰击碳靶，产生的物质经过超声速喷管10迅速冷却到180K左右，进入物质探测室12的物质通过取样管道7进入物质测试仪器8，本实施例中，物质测试仪器8采用飞行时间质谱仪对其荷质比进行测量，确定产生的物质为C60。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种使用激光轰击靶材产生新物质的装置，其特征在于，所述的装置包括激光聚焦镜、靶材室、超声速喷管、物质探测室；
所述的靶材室一端安装石英窗口，石英窗口下方设激光聚焦镜，并且在石英窗口附近设置进气管道；所述进气管道用于将惰性气体道通入靶材室，所述惰性气体既用作缓冲气体，携带产生的物质经过超声速喷管流向物质探测室，还用作保护气体，保护石英窗口免受产生的物质造成污染以及避免产生的物质与环境气体发生化学反应；靶材室另一端通过超声速喷管与物质探测室连通，超声速喷管用于使携带产生的物质的缓冲气实现数个马赫数流速，降低产生的物质的温度；靶材室内部接近超声速喷管的位置安装放置平台，放置平台上装有靶材；所述的物质探测室内接近超声速喷管出口的位置设置有取样管道，取样管道与物质测试仪器连接；物质探测室另一端设置有抽气管道和压力表，抽气管道与真空泵连接；所述超声速喷管采用拉瓦尔喷管结构；
工作时，首先，开启真空泵，并将惰性气体通过进气管道通入靶材室，并使用压力表监测物质探测室的气压；然后，开启激光，并通过激光聚焦镜轰击靶材，轰击产生的物质随缓冲气体，经过超声速喷管流向物质探测室；最后，产生的物质通过取样管道进入物质测试仪器，对产生物质的性质进行测量。
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