CN111765059A - 一种冷启动空心阴极 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷启动空心阴极，属于空间电推进技术和地面电真空装置领域。本发明的冷启动空心阴极，通过在传统冷启动空心阴极内部的发射体和阴极管之间增加热屏部件，有效阻碍发射体与阴极管之间的热量传递，起到了给发射体保温的作用，从而提高发射体升温的速度，缩短高电压作用的时间，有效提高了空心阴极耐溅射能力，提高了空心阴极的寿命；在触持极和阴极管之间增加了一个绝缘层，完全地把点火电极和发射体隔开，有效阻止了触持极和阴极管之间气体的放电现象，提高了系统的可靠性；在触持极中部开设小孔来节流，使得空心阴极腔体内保持一定的压力，便于发射体放电，触持极代替了传统阴极顶结构，使结构更简洁。

Description

一种冷启动空心阴极

技术领域

本发明属于空间电推进技术和地面电真空装置领域，具体涉及一种冷启动空心阴极。

背景技术

空心阴极是一种真空电子源器件，被广泛用于空间电推进、航天器主动电位控制、电动力学系绳等领域。空心阴极作为电子源和易损耗部组件直接影响着电推进系统的效率和寿命。因此对空心阴极的寿命、效率的要求也不断提高。

按照点火方式的不同，将空心阴极划分为热启动和冷启动空心阴极，热启动空心阴极启动前需通过加热器预热发射体，直到发射体温度达到足够的热电子发射温度，通过触持极和发射体之间施加电压实现启动；冷启动空心阴极不用加热器预热发射体，依靠高压击穿触持极和发射体之间的工质气体，建立高电压低电流的辉光放电快速加热发射体，发射体的温度持续升高以致发射的热电子电流足够大，从而过渡到低电压大电流的弧光放电实现启动。

目前空间电推进系统主要应用的是热启动空心阴极，然而热启动空心阴极启动时间较长，加热功率较大，加热器的存在降低了系统可靠性。因此，亟需一种新型的空心阴极来解决现有的空心阴极启动时间长，加热功率大，系统可靠性低的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种冷启动空心阴极，本发明的冷启动空心阴极可以将启动时间减少到毫秒级，减小启动过程功率消耗；没有加热器和配套电源，减小了体积和重量；并且还可以避免因加热器失效导致阴极失效，提高了系统可靠性。冷启动空心阴极的上述优势有助于实现空间电推进系统的小型化和快速响应，从而拓展空间电推进系统在微小卫星、姿轨控系统等领域的应用。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种冷启动空心阴极，环形结构的空心阴极从外到内依次包括保温层、触持极、绝缘层、阴极管、热屏以及发射体；

保温层和触持极的中心均设有一个孔，保温层上的孔直径大于触持极上的孔直径。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，所述热屏缠绕在所述发射体上。

进一步的，所述发射体、热屏和阴极管通过卡箍方式连接。

进一步的，所述保温层缠绕在所述触持极上。

进一步的，所述绝缘层的材料选用陶瓷或玻璃。

进一步的，所述保温层和所述热屏的材料选用钽片或热纤维。

本发明的有益效果是：本发明的冷启动空心阴极，无需加热器预热发射体，依靠高压击穿触持极和发射体之间的工质气体，建立辉光放电快速加热发射体，发射体达到产生足够热电子电流的热量从而过渡到弧光放电实现启动。另外，通过在发射体周围设置热屏来增加热屏组件，发射体外部的热屏使发射体绝热，降低了发射体的热传导，减少了发射体热量的流失，起到了很好的保温作用，从而提高发射体的升温速度，降低了点火时间，即缩短了空心阴极启动时间；缩短高压工作时间的同时，也缩短了溅射时间，降低了发射体的损耗，提高了空心阴极的寿命。触持极和阴极管之间设置的绝缘层，完全地把点火电极和发射体隔开，有效阻止了触持极和阴极管之间气体的放电现象，提高了系统的可靠性；此外，采用触持极中部开设的小孔来节流，使得空心阴极腔体内保持一定的压力，便于发射体放电，触持极代替了传统阴极顶结构，使结构更简洁。综上，本发明的冷启动空心阴极具有开启时间短、效率高、寿命长等特点。

附图说明

图1为本发明实施例的一种冷启动空心阴极的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、保温层，2、触持极，3、绝缘层，4、阴极管，5、热屏，6、发射体。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明第一实施例提供的一种冷启动空心阴极，为环形结构，从外到内依次包括保温层1、触持极2、绝缘层3、阴极管4、热屏5以及发射体6；

保温层1和触持极2的中心均设有一个小孔，保温层1上的小孔直径大于触持极2上的小孔直径。

上述实施例中，热屏5设置在发射体6上，对发射体6起保温作用，降低阴极管4的热损耗；绝缘层3用于对阴极管和触持极进行绝缘隔断，阻止了触持极和阴极管之间气体的放电；所述保温层1用于对触持极2进行保温；触持极2在冷启动空心阴极中的作用是在施加点火电压后触发电弧放电点火和维持稳定的工作电流发射，触持极2中部开设的小孔，代替了传统阴极顶结构，使得空心阴极腔体内保持一定的压力，使得发射体6稳定放电。。

本发明的冷启动空心阴极的工作原理为：

触持极2、阴极管4和发射体6的功能与三者在常规空心阴极中功能相同，本发明中，阴极管4不具有热传导加热发射体功能；绝缘层3嵌套在触持极2和阴极管4之间，完全地将触持极和发射极隔离开，在施加高压情况下，绝缘层3有效阻止了触持极2和阴极管4之间气体的放电现象；热屏5设置在发射体6外围，当施加的高压击穿触持极和发射体之间的工质气体后，辉光放电产生的大量等离子体轰击发射体，从而加热发射体，此时，热屏5起保温作用，降低发射体温度的流失，使发射体的温度迅速升高，在更短的时间内使发射的热电子电流足够大，从而过渡到低电压大电流的弧光放电实现快速启动。本发明的冷启动空心阴极，在相同空心阴极工作电压下，高电压的持续时间更短，降低了等离子体对空心阴极的溅射时间，提高了空心阴极的寿命。

可选地，所述热屏5缠绕在所述发射体6上。

可选地，所述发射体6、热屏5和阴极管4通过卡箍方式连接。

可选地，所述保温层1缠绕在所述触持极2上。

可选地，所述绝缘层3的材料选用陶瓷。

可选地，所述保温层1和所述热屏5的材料选用钽片或热纤维。

本发明的冷启动空心阴极，采用设置在发射体外部的热屏有效的阻隔了发射体向阴极管的热量传递，减少了发射体的热损失，起到了很好的保温作用，降低启动过程功率消耗，从而提高发射体的升温速度，在相同工作电压下，有效的缩短了发射体达到能产生热电子电流温度的时间，即缩短了空心阴极点火时间；缩短高电压作用的时间，有效提高了空心阴极耐溅射能力，提高了空心阴极的寿命。本发明的冷启动空心阴极具有开启时间短、效率高、寿命长等特点。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种冷启动空心阴极，其特征在于，所述环形结构的空心阴极从外到内依次包括保温层(1)、触持极(2)、绝缘层(3)、阴极管(4)、热屏(5)以及发射体(6)；

保温层(1)和触持极(2)的中心均设有一个孔，保温层(1)上的孔直径大于触持极(2)上的孔直径。

2.根据权利要求1所述的一种冷启动空心阴极，其特征在于，所述热屏(5)缠绕在所述发射体(6)上。

3.根据权利要求1所述的一种冷启动空心阴极，其特征在于，所述发射体(6)、热屏(5)和阴极管(4)通过卡箍方式连接。

4.根据权利要求1所述的一种冷启动空心阴极，其特征在于，所述保温层(1)缠绕在所述触持极(2)上。

5.根据权利要求1所述的一种冷启动空心阴极，其特征在于，所述绝缘层(3)的材料选用陶瓷。

6.根据权利要求1所述的一种冷启动空心阴极，其特征在于，所述保温层(1)和所述热屏(5)的材料选用钽片或热纤维。

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