CN107031870A - 一种多环发射面百安级空心阴极 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多环发射面百安级空心阴极，属于航天空间电推进技术领域，它包括：阴极顶、阴极支撑管、热屏外套、发射体外环、发射体内环、热屏内嵌、石墨隔热组件及铠装加热丝；所述发射体外环套装在阴极支撑管的内圆周面上，阴极顶的外圆环和石墨隔热组件分别同轴安装在阴极支撑管内；发射体内环同轴安装在发射体外环内，其一端与石墨隔热组件的隔热板固定连接，另一端与墨阴极顶的内圆柱固定连接；铠装加热丝的一端缠绕在阴极支撑管上，另一端固定在阴极支撑管外部；热屏内嵌套装在阴极支撑管的外圆周面上；热屏外套套装在热屏内嵌的外圆周面；本发明能够满足百千瓦级电推进对大发射电流空心阴极的需求，具有热效率高、长寿命的特点。
Description
技术领域
本发明属于航天空间电推进技术领域，具体涉及一种多环发射面百安级空心阴极。
背景技术
空心阴极是离子和霍尔等电推进的电子源器件，属于单点失效组件，其性能和寿命退化，直接影响着电推进系统的效率和寿命。未来开展深空载人、深空货运和大型地球轨道航天器天基服务平台需要大推力高比冲的电推进作为动力支持，因此，长寿命高效率的百安级空心阴极是不可或缺的关键组件，急需设计这种空心阴极。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种多环发射面百安级空心阴极，能够满足百千瓦级电推进对大发射电流空心阴极的需求，具有热效率高、长寿命的特点。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种多环发射面百安级空心阴极，包括：阴极顶、阴极支撑管、热屏外套、发射体外环、发射体内环、热屏内嵌、石墨隔热组件、铠装加热丝及加热丝固定件；
所述阴极顶由外圆环和内圆柱组成；
所述石墨隔热组件由隔热板和隔热环对接后形成中空的柱形结构，所述隔热板上加工有沿其周向均匀分布的通孔；
所述热屏内嵌由展开后为平面的MoRe箔筒A及展开后为波浪形的MoRe箔筒B组成；MoRe箔筒A和MoRe箔筒B间隔层叠套装成圆筒状结构；
发射体外环内圆周面和发射体内环外圆周面均为电子发射面；
整体连接关系如下：所述发射体外环套装在阴极支撑管的内圆周面上，阴极顶的外圆环和石墨隔热组件分别同轴安装在阴极支撑管内，并分别位于发射体外环的两端；发射体内环同轴安装在发射体外环内，其一端与石墨隔热组件的隔热板固定连接，另一端与石墨阴极顶的内圆柱固定连接；其中，阴极顶的外圆环与内圆柱之间的环形腔和隔热板上的通孔均与发射体外环和发射体内环之间的环形空腔相贯通；
铠装加热丝的一端焊接在阴极管顶端后螺旋缠绕在阴极支撑管内装有发射体外环处的外圆周面上，另一端通过加热丝固定件固定在阴极支撑管外部；热屏内嵌套装在安装有铠装加热丝的阴极支撑管的外圆周面上；热屏外套套装在热屏内嵌的外圆周面。
进一步的，所述阴极顶的材料采用石墨。
进一步的，所述石墨隔热组件的隔热板上的通孔个数为两个或四个。
进一步的，所述发射体外环和发射体内环均采用单晶LaB6材料。
进一步的，在发射体内环的环孔中安装有连接杆，石墨隔热组件的隔热板和墨阴极顶的内圆柱分别通过与连接杆的两端连接，进而安装在发射体内环的两端。
有益效果：(1)本发明的发射体外环和发射体内环作为电子源，通过采用多环发射面，与相同尺寸的空心阴极对比，提高了空心阴极电子发射面积，在相同发射电流下降低了空心阴极发射体表面的电子发射密度，发射体电子发射密度的降低可以延长发射体工作寿命，提高了百安级大发射电流空心阴极结构集成度和发射效率；且发射体内环散热面面向放电腔体，可以提高空心阴极的热效率。
(2)本发明的热屏内嵌采用平面MoRe箔筒及波浪形MoRe箔筒，有效延长了热量的轴向和径向扩散路径，进一步阻止了热扩散效应，提高了大发射电流空心阴极热效率。
(3)本发明的发射体外环和发射体内环采用单晶LaB6材料，由于材料本体无污染，有效提高了空心阴极电子发射稳定性和服役寿命。
(4)本发明的阴极顶采用高纯高密度的石墨，有效提高了阴极顶的耐离子轰击溅射能力，有效提高了空心阴极的寿命。
(5)本发明的空心阴极作为电子发射源，可拓展用于各类大功率微波电子器件、电子束加工等设备或领域。
附图说明
图1为本发明的结构组成图。
图2为本发明热屏内嵌的结构示意图。
图3为本发明的发射体外环和发射体内环的主视图。
图4为本发明的发射体外环和发射体内环的左视图。
其中，1-阴极顶，2-阴极支撑管，3-热屏外套，4-发射体外环，5-发射体内环，6-热屏内嵌，7-石墨隔热组件，8-铠装加热丝，9-加热丝固定件。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种多环发射面百安级空心阴极，参见附图1，包括：阴极顶1、阴极支撑管2、热屏外套3、发射体外环4、发射体内环5、热屏内嵌6、石墨隔热组件7、铠装加热丝8及加热丝固定件9；
所述阴极顶1由外圆环和内圆柱组成，其材料采用高纯高密度的石墨；
所述石墨隔热组件7由隔热板和隔热环对接后形成中空的柱形结构，所述隔热板上加工有沿其周向均匀分布的通孔，隔热板上的通孔与隔热环的空心部分相通；所述通孔个数为两个或四个；
参见附图2，所述热屏内嵌6由展开后的平面的MoRe(钼铼)箔筒A及展开后的波浪形的MoRe箔筒B组成；MoRe箔筒A和MoRe箔筒B间隔层叠套装成圆筒状结构；圆筒状结构层间形成的空隙延长了热量沿其径向和轴向的传导路径，减少了所述空心阴极工作时的热量损失，提高了空心阴极的热效率；
参见附图3-4，所述发射体外环4和发射体内环5均采用单晶LaB6材料，发射体外环4内圆周面和发射体内环5外圆周面均为电子发射面，使得所述空心阴极在相同空心阴极外径尺寸下，可以增加空心阴极电子发射面积，相比传统空心阴极结构可以提高空心阴极结构集成度和热效率，由于发射面积的增加，在相同发射电流下较传统结构空心阴极可以降低发射体电子发射密度，提高空心阴极寿命；
整体连接关系如下：所述发射体外环4同轴套装在阴极支撑管2的内圆周面上，阴极顶1的外圆环和石墨隔热组件7分别同轴安装在阴极支撑管2内，并分别位于发射体外环4的两端；发射体内环5同轴安装在发射体外环4内，其一端与石墨隔热组件7的隔热板固定连接，另一端与墨阴极顶1的内圆柱固定连接；其中，阴极顶1的外圆环与内圆柱之间的环形腔和隔热板上的通孔均与发射体外环4和发射体内环5之间的环形空腔相贯通；
铠装加热丝8的一端焊接在阴极管顶端后螺旋缠绕在阴极支撑管2内装有发射体外环4处的外圆周面上，另一端通过加热丝固定件9固定在阴极支撑管2外部；热屏内嵌6套装在安装有铠装加热丝8的阴极支撑管2的外圆周面上；热屏外套3套装在热屏内嵌6的外圆周面；
在本实施例中，发射体内环5的环孔中安装有连接杆，石墨隔热组件7的隔热板和墨阴极顶1的内圆柱分别通过与连接杆的两端连接，进而安装在发射体内环5的两端；石墨阴极顶1的内圆柱与连接杆螺纹连接。
工作原理：一定流率的工质气体(高纯氙气)从阴极支撑管2注入到发射体外环4和发射体内环5之间的环形空腔中，通过铠装加热丝8对发射体外环4和发射体内环5预热，当发射体外环4被加热到设定温度后(LaB6材料通常被加热到1500℃以上，具备电子发射能力)，在阴极顶1和外部的触持极之间施加高压脉冲，高压脉冲将阴极顶1与触持极之间的工质气体击穿实现气体放电，气体放电效应进一步扩展到发射体外环4和发射体内环5之间的环形空腔内，实现发射体外环4和发射体内环5之间的环形空腔内的工质气体的放电，点火成功后停止铠装加热丝8的加热，此时发射体外环4和发射体内环5、阴极顶1和阴极支撑管2为地电位，外部的触持极为正电位，能够不断从发射体外环4和发射体内环5之间的环形空腔(即发射体放电区域)引出电子，空心阴极发射电子的同时，等离子体中的离子不断轰击到比其电位低的发射体外环4和发射体内环5的表面，因此，能够将发射体外环4和发射体内环5维持在电子发射温度，不需再通过铠装加热丝8加热。工程应用中，根据所需的电子电流，在触持极下游区域施加一定的电压即可引出所需的电子电流。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种多环发射面百安级空心阴极，其特征在于，包括：阴极顶(1)、阴极支撑管(2)、热屏外套(3)、发射体外环(4)、发射体内环(5)、热屏内嵌(6)、石墨隔热组件(7)、铠装加热丝(8)及加热丝固定件(9)；
所述阴极顶(1)由外圆环和内圆柱组成；
所述石墨隔热组件(7)由隔热板和隔热环对接后形成中空的柱形结构，所述隔热板上加工有沿其周向均匀分布的通孔；
所述热屏内嵌(6)由展开后为平面的MoRe箔筒A及展开后为波浪形的MoRe箔筒B组成；MoRe箔筒A和MoRe箔筒B间隔层叠套装成圆筒状结构；
发射体外环(4)内圆周面和发射体内环(5)外圆周面均为电子发射面；
整体连接关系如下：所述发射体外环(4)套装在阴极支撑管(2)的内圆周面上，阴极顶(1)的外圆环和石墨隔热组件(7)分别同轴安装在阴极支撑管(2)内，并分别位于发射体外环(4)的两端；发射体内环(5)同轴安装在发射体外环(4)内，其一端与石墨隔热组件(7)的隔热板固定连接，另一端与石墨阴极顶(1)的内圆柱固定连接；其中，阴极顶(1)的外圆环与内圆柱之间的环形腔和隔热板上的通孔均与发射体外环(4)和发射体内环(5)之间的环形空腔相贯通；
铠装加热丝(8)的一端焊接在阴极管顶端后螺旋缠绕在阴极支撑管(2)内装有发射体外环(4)处的外圆周面上，另一端通过加热丝固定件(9)固定在阴极支撑管(2)外部；热屏内嵌(6)套装在安装有铠装加热丝(8)的阴极支撑管(2)的外圆周面上；热屏外套(3)套装在热屏内嵌(6)的外圆周面。
2.如权利要求1所述的一种多环发射面百安级空心阴极，其特征在于，所述阴极顶(1)的材料采用石墨。
3.如权利要求1所述的一种多环发射面百安级空心阴极，其特征在于，所述石墨隔热组件(7)的隔热板上的通孔个数为两个或四个。
4.如权利要求1所述的一种多环发射面百安级空心阴极，其特征在于，所述发射体外环(4)和发射体内环(5)均采用单晶LaB6材料。
5.如权利要求1所述的一种多环发射面百安级空心阴极，其特征在于，在发射体内环(5)的环孔中安装有连接杆，石墨隔热组件(7)的隔热板和石墨阴极顶(1)的内圆柱分别通过与连接杆的两端连接，进而安装在发射体内环(5)的两端。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170811 |