CN113993261A - 磁增强型等离子体桥电子源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁增强型等离子体桥电子源，磁增强型等离子体桥电子源中，磁性底座包括通孔和连通通孔的凹陷部；阴极座贯穿通孔且延伸出凹陷部；钨丝位于一侧的两端分别连接阴极电源的正负极，另一侧通过阴极座朝远离阴极座方向延伸，下磁环位于凹陷部且吸附在磁性底座上；气体分配器安装在磁性底座上且覆盖下磁环；阳极安装在气体分配器的上方；阳极极靴安装在阳极远离钨丝的一侧；绝缘座安装在阳极极靴的上部；孔板支承在绝缘座上，孔板、阳极和气体分配器构成容纳钨丝的空腔；上磁环吸附在阳极极靴的内表面以环绕空腔，上磁环与中磁环轴向间隔预定距离；放电电源正极连接阳极，负极连接阴极电源的正极；偏置电源正极接地，负极连接阳极。

Description

磁增强型等离子体桥电子源
技术领域
本发明涉及电子源技术领域，尤其涉及一种磁增强型等离子体桥电子源。
背景技术
随着电推进技术的快速发展，电推力器已广泛应用于通信卫星平台、对地观测和空间科学探测等领域。同时，高效的微型电推进技术也被用于微纳卫星姿态与轨道控制、编队飞行和无拖曳控制等空间任务。在大多数电推进系统中，为了保持航天器接近地电位，防止离子返流或正电荷在推力器下游累积影响离子加速，都需要电子源对离子束进行中和。此外，对于霍尔推力器和考夫曼离子推力器，还需要电子源来维持等离子体的产生。
在等离子体桥电子源中，钨丝受热产生的初级电子在向阳极加速运动的过程中与气体工质发生碰撞电离，从而在放电腔内形成电子倍增。当电子发射孔接近离子束时，在两者之间会形成等离子体桥，电子从电子源中被加速抽出。由于钨丝在使用中存在热蒸发和受离子溅射的问题，电子源的输出特性和使用寿命会受到影响。为了抑制钨丝的热蒸发，需要让钨丝的功率尽可能小。但为了保持提取电子电流的量相同，需要以提升等离子体桥电子源的工作效率为前提。然而，传统等离子体桥电子源会有较多的电子未与中性分子经过充分的碰撞电离而直接损失于阳极壁面，造成放电损耗增大、工质利用率降低。
因此，有必要提供一种新的磁增强型等离子体桥电子源解决上述技术问题。
在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的目的是提供一种磁增强型等离子体桥电子源，体积小、结构简单、工质利用率高、寿命长、电子电流稳定。为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明的一种磁增强型等离子体桥电子源包括，
磁性底座，其包括通孔和连通所述通孔的凹陷部；
阴极座，其贯穿所述通孔且延伸出所述凹陷部；
钨丝，其位于一侧的两端分别连接阴极电源的正负极，另一侧通过所述阴极座朝远离阴极座方向延伸，
下磁环，其位于所述凹陷部且吸附在所述磁性底座上；
气体分配器，其安装在所述磁性底座上且覆盖所述下磁环；
阳极，其安装在所述气体分配器的上方；
阳极极靴，其安装在所述阳极远离所述钨丝的一侧；
绝缘座，其安装在所述阳极极靴的上部；
孔板，其支承在所述绝缘座上，所述孔板、阳极和气体分配器构成容纳钨丝的空腔；
中磁环，其吸附在所述阳极极靴的内表面以环绕所述空腔；
上磁环，其吸附在所述阳极极靴的内表面以环绕所述空腔，所述上磁环与所述中磁环轴向间隔预定距离；
放电电源，其正极连接所述阳极，负极连接所述阴极电源的正极；
偏置电源，其正极接地，负极连接所述阳极。
所述的一种磁增强型等离子体桥电子源中，所述阳极极靴经由连接件连接所述阳极。
所述的一种磁增强型等离子体桥电子源中，所述磁增强型等离子体桥电子源为对称结构。
所述的一种磁增强型等离子体桥电子源中，所述通孔位于所述磁性底座的中心，所述中心位于所述磁增强型等离子体桥电子源的对称轴上。
所述的一种磁增强型等离子体桥电子源中，孔板中心位于所述磁增强型等离子体桥电子源的对称轴上，孔板中心设有电子提取孔，其连通所述空腔。
所述的一种磁增强型等离子体桥电子源中，所述气体分配器在周向上均匀排列着多个圆孔以供给气体工质到所述空腔。
所述的一种磁增强型等离子体桥电子源中，所述下磁环、所述中磁环和所述上磁环包括多个堆叠的钐钴永磁体圆片。
所述的一种磁增强型等离子体桥电子源中，所述绝缘座由云母、氧化铝或氮化硼制成。
所述的一种磁增强型等离子体桥电子源中，所述磁性底座和所述阳极极靴均选由磁性材料制成。
所述的一种磁增强型等离子体桥电子源中，所述磁性材料包括马氏体不锈钢。
在上述技术方案中，本发明提供的一种磁增强型等离子体桥电子源，具有以下有益效果：本发明所述的一种磁增强型等离子体桥电子源利用环尖端磁场有效约束向阳极运动的初级电子，提高气体工质的电离率，减小放电损耗。同时，利用孔板与钨丝同电位的设计有效地避免了电子在孔板内表面大量损失，大大提高提取电子电流，提升电子源使用寿命。通过调节阴极功率，可以宽范围调节提取电子电流。通过调节偏置电压，可以窄范围调节提取电子电流。电子源在使用时无需预热，且放电产生的等离子体也易于维持，不存在点不着火的问题。整体结构简单，容易操作，输出参数较稳定，能够广泛应用于百瓦级及以下电推力器研发的地面测试中。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是磁增强型等离子体桥电子源一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图1，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
在一个实施例中，如图1所示，磁增强型等离子体桥电子源包括，磁性底座8，其包括通孔和连通所述通孔的凹陷部；
阴极座9，其贯穿所述通孔且延伸出所述凹陷部；
钨丝2，其位于一侧的两端分别连接阴极电源15的正负极，另一侧通过所述阴极座9朝远离阴极座9方向延伸，
下磁环7，其位于所述凹陷部且吸附在所述磁性底座8上；
气体分配器6，其安装在所述磁性底座8上且覆盖所述下磁环7；
阳极4，其安装在所述气体分配器6的上方；
阳极极靴3，其安装在所述阳极4远离所述钨丝2的一侧；
绝缘座12，其安装在所述阳极极靴3的上部；
孔板1，其支承在所述绝缘座12上，所述孔板1、阳极4和气体分配器6构成容纳钨丝2的空腔；
中磁环10，其吸附在所述阳极极靴3的内表面以环绕所述空腔；
上磁环11，其吸附在所述阳极极靴3的内表面以环绕所述空腔，所述上磁环11与所述中磁环10轴向间隔预定距离；
放电电源14，其正极连接所述阳极4，负极连接所述阴极电源15的正极；
偏置电源13，其正极接地，负极连接所述阳极4。
本发明提供的等离子体桥电子源具有体积小、结构简单、工质利用率高、寿命长、发射电子电流稳定的优点。
所述的一种磁增强型等离子体桥电子源中，所述阳极极靴3经由连接件5连接所述阳极4。
所述的一种磁增强型等离子体桥电子源中，所述磁增强型等离子体桥电子源为对称结构。
所述的一种磁增强型等离子体桥电子源中，所述通孔位于所述磁性底座8的中心，所述中心位于所述磁增强型等离子体桥电子源的对称轴上。
所述的一种磁增强型等离子体桥电子源中，孔板1中心位于所述磁增强型等离子体桥电子源的对称轴上，孔板1中心设有电子提取孔，其连通所述空腔。
所述的一种磁增强型等离子体桥电子源中，所述气体分配器6在周向上均匀排列着多个圆孔以供给气体工质到所述空腔。
所述的一种磁增强型等离子体桥电子源中，所述下磁环7、所述中磁环10和所述上磁环11包括多个堆叠的钐钴永磁体圆片。
所述的一种磁增强型等离子体桥电子源中，所述绝缘座12由云母、氧化铝或氮化硼制成。
所述的一种磁增强型等离子体桥电子源中，所述磁性底座8和所述阳极极靴3均选由磁性材料制成。
所述的一种磁增强型等离子体桥电子源中，所述磁性材料包括马氏体不锈钢。
在一个实施例中，所述气体分配器6覆盖所述凹陷部。
在一个实施例中，所述阳极4为并排放置于气体分配器6上的L形结构，其水平段支承于所述气体分配器6，从水平段垂直延伸的垂直段构成所述空腔的侧壁。
在一个实施例中，等离子体桥电子源包括：
磁性底座8；
阴极座9，所述阴极座9从所述磁性底座8的中心孔穿过；
钨丝2，所述钨丝2从所述阴极座9的通孔中穿过；
下磁环7，所述下磁环7吸附在所述磁性底座8上；
气体分配器6，所述气体分配器6安装在所述磁性底座8上，覆盖所述下磁环7；
阳极4，所述阳极4安装在所述气体分配器6的上方；
阳极极靴3，所述阳极极靴3安装在所述阳极6的外部；
连接件5，所述连接件5安装在所述阳极4和所述阳极极靴3之间；
中磁环10，所述中磁环10吸附在所述阳极极靴3的内表面；
上磁环11，所述上磁环11吸附在所述阳极极靴3的内表面，与所述中磁环10轴向距离数毫米；
绝缘座12，所述绝缘座12安装在所述阳极极靴3的上部；
孔板1，所述孔板1安装在所述绝缘座12上；
阴极电源15，所述阴极电源15的正负极通过连接线分别与所述钨丝2的两端相连；
放电电源14，所述放电电源14的正极通过连接线与所述阳极4相连，负极通过连接线与所述阴极电源15的正极相连；
偏置电源13，所述偏置电源13的正极通过连接线与地相连，负极通过连接线与所述阳极4相连；
所述磁性底座8和所述阳极极靴3均选用具有磁性的不锈钢制成，如马氏体不锈钢。所述磁性底座8在中心处有一个直径数毫米的圆形通孔。
所述钨丝2选取掺杂钍的钨丝，降低钨丝的功函数。
所述下磁环7、所述中磁环10和所述上磁环11均由多个直径和厚度数毫米的钐钴永磁体圆片堆叠组合而成。
所述气体分配器6在周向上均匀排列着多个圆孔用于气体工质的供给。
所述绝缘座12选用具有高熔点的绝缘材料制成，如云母、氧化铝或氮化硼。
所述孔板1的中心有一个直径数毫米的小孔作为电子提取孔。
最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种磁增强型等离子体桥电子源，其特征在于，其包括，
磁性底座，其包括通孔和连通所述通孔的凹陷部；
阴极座，其贯穿所述通孔且延伸出所述凹陷部；
钨丝，其位于一侧的两端分别连接阴极电源的正负极，另一侧通过所述阴极座朝远离阴极座方向延伸，
下磁环，其位于所述凹陷部且吸附在所述磁性底座上；
气体分配器，其安装在所述磁性底座上且覆盖所述下磁环；
阳极，其安装在所述气体分配器的上方；
阳极极靴，其安装在所述阳极远离所述钨丝的一侧；
绝缘座，其安装在所述阳极极靴的上部；
孔板，其支承在所述绝缘座上，所述孔板、阳极和气体分配器构成容纳钨丝的空腔；
中磁环，其吸附在所述阳极极靴的内表面以环绕所述空腔；
上磁环，其吸附在所述阳极极靴的内表面以环绕所述空腔，所述上磁环与所述中磁环轴向间隔预定距离；
放电电源，其正极连接所述阳极，负极连接所述阴极电源的正极；
偏置电源，其正极接地，负极连接所述阳极。
2.根据权利要求1所述的一种磁增强型等离子体桥电子源，其特征在于，优选的，所述阳极极靴经由连接件连接所述阳极。
3.根据权利要求1所述的一种磁增强型等离子体桥电子源，其特征在于，所述磁增强型等离子体桥电子源为对称结构。
4.根据权利要求3所述的一种磁增强型等离子体桥电子源，其特征在于，所述通孔位于所述磁性底座的中心，所述中心位于所述磁增强型等离子体桥电子源的对称轴上。
5.根据权利要求1所述的一种磁增强型等离子体桥电子源，其特征在于，孔板中心位于所述磁增强型等离子体桥电子源的对称轴上，孔板中心设有电子提取孔，其连通所述空腔。
6.根据权利要求1所述的一种磁增强型等离子体桥电子源，其特征在于，所述气体分配器在周向上均匀排列着多个圆孔以供给气体工质到所述空腔。
7.根据权利要求1所述的一种磁增强型等离子体桥电子源，其特征在于，所述下磁环、所述中磁环和所述上磁环包括多个堆叠的钐钴永磁体圆片。
8.根据权利要求1所述的一种磁增强型等离子体桥电子源，其特征在于，所述绝缘座由云母、氧化铝或氮化硼制成。
9.根据权利要求1所述的一种磁增强型等离子体桥电子源，其特征在于，所述磁性底座和所述阳极极靴均选由磁性材料制成。
10.根据权利要求9所述的一种磁增强型等离子体桥电子源，其特征在于，所述磁性材料包括马氏体不锈钢。
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RU2789276C1 (ru) * 2022-04-19 2023-02-01 Акционерное Общество "Нииэфа Им. Д.В. Ефремова" Плазменный источник заряженных частиц

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