DE102008015824A1 - Plasma accelerator i.e. pulsed gas-operating magneto-dynamic plasma accelerator, ignition method for space vehicle, involves utilizing radiation of radioactive substance for release of ignition, where radiation consists of emitted electrons - Google Patents

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Abstract

The method involves utilizing radiation of radioactive substance for release of ignition, where the radiation consists of emitted helium cores e.g. alpha-particle, or emitted electrons e.g. beta-particle. A part of the radioactive radiation is induced by acting on evenly distributed material in direct proximity for emission of secondary electrons, where the secondary emission consists of ionized particle radiation and/or ionized electromagnetic radiation. Electrodes are formed in the proximity of the ignition region. An independent claim is also included for a device for controlled and reliable ignition of a plasma accelerator.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit deren Hilfe Plasmabeschleuniger kontrolliert und zuverlässig gezündet werden können.The The invention relates to a method and a device with which Help plasma accelerator controlled and reliable can be ignited.

Elektrothermische und magnetodynamische Plasmabeschleuniger werden schon seit Beginn der 1940er Jahre entwickelt, um Arbeitsmedien auf Temperaturen zu erwärmen und/oder auf Geschwindigkeiten zu beschleunigen, welche mit chemischen oder rein mechanischen Mitteln nicht zu erreichen sind. Diese Technologie fand ihre Anwendungen zunächst als Plasmaquellen oder Plasmageneratoren in der experimentellen Plasmaphysik und der Fusionsforschung. Auf Grund der sehr hohen Geschwindigkeiten des Arbeitsmediums und den damit verbundenen Treibstoff- und Masseneinsparungen werden elektrothermische und magnetodynamische Plasmabeschleuniger seit Mitte der 1950er auch als Triebwerke für Weltraummissionen in Betracht gezogen und entwickelt. Ab den späten 1970ern wurden diese Beschleuniger ebenfalls als Plasmageneratoren für industrielle Verfahren in der Oberflächenbehandlung von Werkstücken entwickelt und eingesetzt.Electrothermal and magnetodynamic plasma accelerators have been around since the beginning The 1940s developed to increase working media to temperatures heat and / or accelerate to speeds, which can not be achieved by chemical or purely mechanical means. This technology initially found its applications as plasma sources or plasma generators in experimental plasma physics and the Fusion research. Due to the very high speeds of the Working medium and the associated fuel and mass savings become electrothermal and magnetodynamic plasma accelerators since the mid-1950s also as engines for space missions considered and developed. From the late 1970s These accelerators were also used as plasma generators for industrial Process in the surface treatment of workpieces developed and used.

Bei elektrothermischen Plasmabeschleunigern, oft auch als thermische Lichtbogenbeschleuniger oder -triebwerke bezeichnet, wird das Arbeitsmedium oder der Treibstoff zunächst in einen ionisierten oder Plasmazustand versetzt, in dem es in der Lage ist, elektrischen Strom in einer sogenannten Lichtbogenentladung zu leiten. Anschließend wird dieses Plasma weiter aufgeheizt und in einer konventionellen und/oder magnetischen Düse thermoelastisch beschleunigt. Da bei rein elektrothermischen Plasmabeschleunigern auf eine magnetodynamische Beschleunigung verzichtet wird, können die elektrischen Leistungen in Vergleich zu den magnetodynamischen Beschleunigern wesentlich niedriger sein. Das Arbeitsmedium ist in der Regel gasförmig und der Entladungsstrom wird ausschließlich dazu verwendet, das Plasma über dessen elektrischen Widerstand aufzuheizen.at electrothermal plasma accelerators, often as thermal Arc accelerator or engines, is the working medium or the fuel first in an ionized or Plasma state in which it is capable of electrical To conduct electricity in a so-called arc discharge. Subsequently this plasma is heated further and in a conventional and / or magnetic nozzle accelerated thermoelastically. As with purely electrothermal plasma accelerators on a magnetodynamic Acceleration is waived, the electrical Performances in comparison to the magnetodynamic accelerators be much lower. The working medium is usually gaseous and the discharge current is used exclusively to heat the plasma via its electrical resistance.

Bei magnetodynamischen Plasmabeschleunigern, oft auch als magnetoplasmadynamische Beschleuniger oder Triebwerke bezeichnet, wird das Arbeitsmedium oder der Treibstoff ebenfalls in einen Plasmazustand versetzt, in dem es in der Lage ist, elektrischen Strom in einer Lichtbogenentladung zu leiten. Grundsätzlich bewirkt hier die Lorentzkraft, das heißt die Wechselwirkung des Entladungsstromes mit seinem eigenen und/oder einem von außen angelegten Magnetfeld die Beschleunigung des Plasmas. Damit die Lorentzkraft effektiv wird, muß der Entladungsstrom hoch sein, was bei kontinuierlich betriebenen magnetodynamischen Plasmabeschleunigern den Einsatz hoher elektrischer Leistungen erfordert. Das Arbeitsmedium bei kontinuierlich betriebenen magnetodynamischen Plasmabeschleunigern ist in der Regel ebenfalls gasförmig. Magnetodynamische Plasmabeschleuniger unterscheiden sich von den elektrothermischen durch ihre wesentlich höheren Austrittsgeschwindigkeiten.at Magnetodynamic plasma accelerators, often called magnetoplasmadynamic Accelerator or engines, becomes the working medium or the fuel also in a plasma state, in which it is capable of electric current in an arc discharge to lead. Basically here causes the Lorentz force, the is called the interaction of the discharge current with his own and / or externally applied magnetic field the acceleration of the plasma. Thus the Lorentz force effectively is, the discharge current must be high, which is continuous operated magnetodynamic plasma accelerators use high electrical power required. The working fluid in continuously operated Magnetodynamic plasma accelerators is usually as well gaseous. Magnetodynamic plasma accelerators differ from the electrothermal by their much higher Exit velocities.

Magnetodynamische Plasmabeschleuniger können aber auch gepulst betrieben werden. Dabei wird die zur Verfügung stehende elektrische Energie in einem Zwischenspeicher, üblicherweise Kondensatoren, gesammelt und anschließend in wesentlich kürzerer Zeit im Beschleuniger in gerichtete Plasmaenergie umgesetzt. Infolge der Zwischenspeicherung der elektrischen Energie kann die für ein zuverlässiges Funktionieren des gepulsten magnetodynamischen Plasmabeschleunigers notwendige elektrische Leistung im zeitlichen Durchschnitt sehr klein sein, während die im Entladungspuls umgesetzte Leistung jene der kontinuierlich betriebenen Plasmabeschleuniger um ein Vielfaches übertreffen kann. Damit sind für die Dauer der Entladung auch extrem hohe Plasmageschwindigkeiten und -energien erreichbar. Gepulst betriebene magnetodynamische Plasmatriebwerke werden seit 1960 entwickelt und seit 1964 im Weltraum eingesetzt. Sie sind für Weltraummissionen von besonderer Bedeutung, da sie den Vorteil kontinuierlich betriebener Triebwerke, das heißt erhöhte Nutzlast durch reduzierten Treibstoffverbrauch mit den Vorteilen niedriger elektrischer Dauerleistung sowie einfacher und robuster Bauweise kombinieren.Dynamic magneto Plasma accelerators can also be operated pulsed become. This is the available electrical Energy in a buffer, usually capacitors, collected and then in a much shorter time Time in the accelerator converted into directed plasma energy. As a result the caching of electrical energy can be the for a reliable functioning of the pulsed magnetodynamic Plasma accelerator necessary electrical power in time Average be very small while in the discharge pulse converted power that of the continuously operated plasma accelerator can surpass many times. This is for the duration of the discharge also extremely high plasma speeds and energies available. Pulsed magnetodynamic plasma thrusters have been developed since 1960 and used since 1964 in space. They are of particular importance for space missions, because it has the advantage of continuously operated engines, that is increased payload due to reduced fuel consumption the advantages of low continuous electrical power as well as easier and combine robust construction.

Zur Zeit wird in den Bereichen Weltraumantriebe und industrielle Plasmaverfahren weltweit intensiv an der Entwicklung besserer und zuverlässigerer Plasmatriebwerke und -generatoren gearbeitet. Im Weltraum werden solche elektrothermische und magnetodynamische Plasmatriebwerke sowohl die systematische Erforschung des Sonnensystems ermöglichen als auch die durch den Treibstoffvorrat begrenzte Lebensdauer wissenschaftlich und kommerziell genutzter Satelliten erheblich verlängern. Auf der Erde werden elektrothermische und magnetodynamische Plasmaquellen die ökonomisch günstige und ökologisch vertretbare industrielle Herstellung neuer, funktionaler Werkstoffe und Oberflächen ermöglichen.to Time is spent in space propulsion and industrial plasma processes Intensive worldwide in the development of better and more reliable Plasma engines and generators worked. Be in space Such electrothermal and magnetodynamic plasma engines allow both the systematic exploration of the solar system as well as the lifetime limited by the fuel stock scientifically and commercially used satellites. On Earth become electrothermal and magnetodynamic plasma sources the economically favorable and ecological reasonable industrial production of new, functional materials and allow surfaces.

Eine kompakte, einfache und robuste Bauweise gepulster magnetodynamischer Plasmatriebwerke ergibt sich mit der Verwendung eines festen Treibstoffes, der die für flüssige oder gasförmige Treibstoffe erforderlichen Behälter und Förderpumpen nicht benötigt. Als fester Treibstoff hat sich über die Jahre Polytetrafluoräthylen (PTFE) durchgesetzt, welches in der Form einer Stange im Triebwerk eingebaut ist und mittels Druckfeder entsprechend dem Verbrauch während des Betriebes nachgeführt wird. Durch den Einsatz einer kleinen elektrischen Lichtbogenentladung in einer eigens dafür vorgesehenen, miniaturisierten Zündkerze wird zunächst eine sehr kleine Menge an festem PTFE von der Stangenoberfläche ablatiert und ionisiert. Infolge dieser nun vorhandenen elektrischen Ladungsträger setzt die Hauptentladung ein, welche dann die eigentliche Treibstoffmenge ablatiert, ionisiert und beschleunigt.A compact, simple and robust design of pulsed magnetodynamic plasma thrusters results in the use of a solid fuel that does not require the containers and feed pumps required for liquid or gaseous fuels. As solid fuel over the years polytetrafluoroethylene (PTFE) has prevailed, which is installed in the form of a rod in the engine and is tracked by means of compression spring according to the consumption during operation. By using a small electric arc discharge in a dedicated, miniaturized spark plug, a very small amount of solid PTFE is first ablated from the rod surface and ionized. As a result of these now existing electrical charge carriers, the main discharge sets in, which then ablates, ionizes and accelerates the actual amount of fuel.

Bei der Verwendung von festem Treibstoff ergeben sich im Langzeitbetrieb der gepulsten Plasmatriebwerke, zum Beispiel bei Weltraummissionen mit hohem Antriebsbedarf oder Satelliten mit langer Lebensdauer, mehrere Probleme: Die Treibstoffstangen werden zu sperrig für die Satellitengröße und die ungleichmäßige Ablation und unvollständige Zerlegung der Treibstoffmoleküle im Lichtbogen führen zu Funktionsstörungen im Triebwerk. Weiterhin kann die eigentliche Weltraummission durch den Niederschlag dieser nicht zerlegten Treibstoffmoleküle auf den empfindlichen Oberflächen der Raumflugkörper, zum Beispiel den Solarzellen oder optischen Komponenten, fehlschlagen. Für diese Missionen sind daher gepulste magnetodynamische Plasmatriebwerke mit flüssigen oder gasförmigen Treibstoffen, wie sie zur Zeit in den USA und Japan untersucht werden, zwingend notwendig.at the use of solid fuel result in long-term operation the pulsed plasma engines, for example in space missions high power requirement or long life satellites, several problems: The fuel rods are too bulky for the satellite size and the uneven Ablation and incomplete breakdown of fuel molecules in the arc lead to malfunctions in the Engine. Furthermore, the actual space mission through the precipitate of these undivided fuel molecules on the sensitive surfaces of the spacecraft, For example, the solar cells or optical components, fail. For these missions are therefore pulsed magnetodynamic Plasma thrusters with liquid or gaseous Fuels as they are currently being studied in the US and Japan, mandatory.

Bei den erdgebundenen industriellen Anwendungen der gepulsten Plasmageneratoren werden aus Gründen der gewünschten Effekte auf den Oberflächen der bestrahlten Werkstücke in der Regel nur gasförmige Arbeitsmedien verwendet. Die Erfindung betrifft daher zunächst gasbetriebene, gepulste magnetodynamische Plasmabeschleuniger, unabhängig davon, ob diese Beschleuniger zu Antriebszwecken oder zur industriellen Bearbeitung verwendet werden. Die Erfindung kann außerdem auch vorteilhaft bei kontinuierlich betriebenen magnetodynamischen und elektrothermischen Plasmabeschleunigern eingesetzt werden.at the terrestrial industrial applications of pulsed plasma generators become due to the desired effects on the surfaces of the irradiated workpieces in usually only gaseous working media used. The invention therefore, first of all, concerns gas-driven, pulsed magnetodynamic Plasma accelerators, regardless of whether these accelerators used for drive purposes or for industrial processing become. The invention can also be advantageous in continuously operated magnetodynamic and electrothermal Plasma accelerators are used.

Bei den gepulsten Plasmageneratoren sind einerseits die Synchronisation der Gaszufuhr mit der elektrischen Lichtbogenentladung und andererseits die Gleichmäßigkeit der Verteilung des Entladungsstromes im Plasmagenerator von Ausschlag gebender Bedeutung. Jede Abweichung von dieser idealen Funktionsweise führt zu übermäßigem Gasverbrauch und schlechteren Leistungen des Beschleunigers.at The pulsed plasma generators on the one hand are the synchronization the gas supply with the electric arc discharge and on the other hand the Uniformity of the distribution of the discharge current in the plasma generator of decisive importance. Any deviation from this ideal functioning leads to excessive Gas consumption and worse performance of the accelerator.

Die Synchronisation der Entladung bedeutet, dass idealerweise die Zündung des Lichtbogens erst in dem Moment erfolgt, wenn die vorgesehene Gasmenge ausschließlich das dafür vorgesehene Volumen des Entladungsraums zwischen den Elektroden vollständig ausgefüllt hat. Eine schlechte Synchronisation führt bei Triebwerken zum Verlust von wertvollem Treibstoff und bei industriellen Anwendungen zusätzlich zum erhöhten Arbeitsgaskonsum zur notgedrungenen Verwendung leistungsstärkerer Vakuumpumpen.The Synchronization of the discharge means that ideally the ignition of the arc takes place the moment the intended Gas quantity excluding the intended Volume of the discharge space between the electrodes completely completed. A bad synchronization leads in engines for the loss of valuable fuel and industrial Applications in addition to increased working gas consumption for the forced use of more powerful vacuum pumps.

Die Gleichmäßigkeit der Entladung bedeutet, dass idealerweise der elektrische Entladungsstrom sich während der Dauer der Entladung gleichmäßig über die Oberfläche der Beschleunigerelektroden verteilt. Dies bedingt aber eine über den gesamten Beschleuniger-Querschnitt gleichmäßig verteilte Zündung, da ein ungleichmäßig gezündetes Plasma sich während der kurzen Entladung nicht selbstständig gleichmäßig umverteilen kann. Eine ungleichmäßige Verteilung führt dazu, dass tatsächlich nur ein Bruchteil der gesamten vorgesehenen Gasmenge magnetodynamisch beschleunigt wird, während der Rest wirkungslos, das heißt ohne nennenswerte Geschwindigkeit aus dem Beschleuniger austritt.The Uniformity of discharge means, ideally the electric discharge current is during the duration discharge evenly over the surface the accelerator electrodes distributed. This requires an over the entire accelerator cross section evenly distributed ignition, as an uneven ignited plasma itself during the short discharge do not self-redistribute evenly can. An uneven distribution leads to that actually only a fraction of the total provided Gas quantity is magnetodynamically accelerated while the rest Ineffective, that is without appreciable speed exits the accelerator.

Grundsätzlich erfordert die Zündung eines Plasmabeschleunigers einen elektrischen Durchschlag im gasförmigen Arbeitsmedium. Dazu werden vorhandene Ladungsträger, das heißt positiv geladene Ionen und/oder negativ geladene Elektronen, durch die für den Betrieb angelegte Spannung derart beschleunigt, dass sie durch Stöße mit den noch mehrheitlich vorhandenen neutralen Molekülen oder Atomen des Arbeitsgases neue Ladungsträger erzeugen. Diese neu erzeugten Ladungsträger werden ebenfalls durch die anliegende elektrische Spannung beschleunigt bis sie ihrerseits neue Ladungsträger erzeugen. Der daraufhin einsetzende Lawineneffekt bewirkt die rasche Vermehrung von Ladungsträgern bis zu dem Punkt, wo eine durchgehende elektrisch leitende Verbindung zwischen den Elektroden entsteht und wird als elektrischer Durchschlag bezeichnet. Die ersten Ladungsträger, mit denen der Lawineneffekt beginnt, werden bislang entweder mit Hilfe eines hohen elektrischen Feldes oder einer Zündkerze erzeugt. Der elektrische Durchschlag in einem gasförmigen Medium erfolgt auf einer Zeitskala von wenigen Milliardstel Sekunden und hängt in sehr starkem Maße von der Dichte dieses Mediums ab.in principle requires the ignition of a plasma accelerator one electrical breakdown in the gaseous working medium. These are existing charge carriers, that is positively charged ions and / or negatively charged electrons, by accelerates the voltage applied for operation in such a way that they are by shocks with the still majority existing neutral molecules or atoms of the working gas generate new charge carriers. These newly generated charge carriers are also accelerated by the applied electrical voltage until they themselves generate new charge carriers. The following avalanche effect causes the rapid increase of charge carriers up to the point where a continuous electrically conductive connection between the electrodes arises and is called electrical breakdown designated. The first charge carriers with which the avalanche effect begins to be so far either with the help of a high electrical Feldes or a spark plug generated. The electric breakdown in a gaseous medium takes place on a time scale of a few billionths of a second and hangs in very strong Measures of the density of this medium.

Nachdem die elektrisch leitende Verbindung zwischen den Elektroden des Beschleunigers zustande gekommen ist, setzt die eigentliche Lichtbogenentladung ein, das heißt der elektrische Widerstand des Plasmas verringert sich schnell infolge Temperaturerhöhung und der Entladungsstrom vergrößert sich dementsprechend. Die magnetodynamische Beschleunigung des Plasmas durch den Lichtbogen erfolgt dann auf einer Zeitskala von einigen Millionstel Sekunden. Im Gegensatz dazu arbeiten schnelle Gasventile nur auf einer Zeitskala von wenigen Tausendstel Sekunden. Die rein gasdynamische Strömung des Arbeitsmediums aus den Einlassöffnungen im Beschleuniger erfolgt ebenfalls auf einer Zeitskala von wenigen Tausendstel Sekunden.After this the electrically conductive connection between the electrodes of the accelerator has come about, sets the actual arc discharge that is, the electrical resistance of the plasma is reduced quickly due to temperature increase and the discharge current increases accordingly. The magnetodynamic Acceleration of the plasma by the arc then takes place a time scale of a few millionths of a second. In contrast to fast gas valves work only on a time scale of a few Thousandths of a second. The purely gas dynamic flow of Working medium from the inlet openings in the accelerator also takes place on a time scale of a few thousandths of a second.

Die elektro- und magnetodynamischen Effekte sind also bis zu 100 000-fach schneller als die gasdynamischen und demnach besteht die Gefahr, dass die Stromentladung und magnetodynamische Beschleunigung vollzogen sind noch bevor die zur Beschleunigung vorgesehene Gasmenge sich optimal verteilt hat. Dieses Problem kann auch nicht durch eine Vielzahl von Einlassöffnungen gelöst werden, da die Komplexität der Gaszuführung mit der Anzahl der Öffnungen schnell ansteigt und zu zusätzlichen Synchronisationsproblemen führt. Die durch wenige Einlassöffnungen bedingte ungleichmäßige Dichteverteilung des Arbeitsgases läßt sich nur in sehr beschränktem Umfang beeinflussen und muß daher hingenommen werden. Dies bedingt, dass ein wirklich effektives Zündungssystem in der Lage sein muß, Gasfüllungen mit hohen räumlichen Dichtevariationen wiederholt zuverlässig zu ionisieren. Dies gilt auch, wenn anwendungs- oder missionsbedingt die zu beschleunigende Gasmenge zwischen den einzelnen Pulsen verändert wird, was üblicherweise über eine Druck- und damit Dichteänderung bei der Gaszufuhr erreicht wird.The electro- and magneto-dynamic effects are up to 100 000 times faster than the gas-dynamic ones and therefore there is a risk that the current discharge and magnetodynamic Acceleration is completed even before the gas intended for acceleration has been optimally distributed. Also, this problem can not be solved by a plurality of inlet ports, since the complexity of the gas supply increases rapidly with the number of openings and leads to additional synchronization problems. The uneven density distribution of the working gas due to a small number of inlet openings can only be influenced to a very limited extent and must therefore be accepted. This implies that a truly effective ignition system must be able to repeatedly reliably ionize gas fills with high spatial density variations. This also applies if, due to application or mission, the amount of gas to be accelerated is changed between the individual pulses, which is usually achieved via a pressure and thus a density change in the gas supply.

Der aktuelle Stand der Technik ist dadurch gekennzeichnet, dass nur zwei grundsätzliche Zündungsverfahren, zur Anwendung kommen, rein passive und rein aktive.Of the current state of the art is characterized in that only two basic ignition methods, for use come, purely passive and purely active.

Passive Zündungsverfahren wie das selbstständige elektrische Durchschlagen, entsprechend dem Gesetz von Paschen oder über eine Kriechentladung entlang der Oberfläche eines Isolators, sind in hohem Maße zufallsgesteuert und sehr stark dichteabhängig. An bestimmten Stellen im Plasmabeschleuniger ermöglicht die Kombination von lokaler elektrischer Feldstärke und Arbeitsgasdichte einen sehr schnellen Durchschlag. An anderen Stellen kann die Kombination von lokaler elektrischer Feldstärke und Arbeitsgasdichte dazu führen, dass der Durchschlag zu einem wesentlich späteren Zeitpunkt oder gar nicht erfolgt. Dadurch fließt der gesamte Entladungsstrom entlang einiger wenigen, diskreten Pfade und es kommt zur sogenannten Filament- oder Speichenbildung. Die ist bezüglich der Beschleunigung der vorgesehenen Gasmenge eine sehr ineffiziente Entladungsform. Für bestimmte Kombinationen von elektrischer Spannung und Arbeitsgasdichte kann der Plasmabeschleuniger überhaupt nicht mehr gezündet werden.passive Ignition method such as the self-contained electric Breakthrough, according to the law of Paschen or over a creeping discharge along the surface of an insulator, are highly random and highly density dependent. At certain points in the plasma accelerator allows the combination of local electric field strength and Working gas density a very fast punch. In other places can the combination of local electric field strength and Working gas density cause the breakdown to a much later or not at all. Thereby the entire discharge current flows along a few, discrete paths and it comes to the so-called filament or spokes. This is with respect to the acceleration of the intended amount of gas a very inefficient discharge form. For certain combinations of electrical voltage and working gas density can the plasma accelerator at all no longer be detonated.

Grundsätzlich muß in Abhängigkeit der vorgesehenen Gasmenge eine elektrische Mindestspannung zwischen den Elektroden vorhanden sein, um überhaupt einen selbstständigen Durchschlag zu ermöglichen. Bei einigen gepulsten und bei allen bislang untersuchten und verwendeten, kontinuierlich betriebenen magnetodynamischen und elektrothermischen Plasmabeschleunigern liegt die Betriebsspannung um ein Vielfaches unterhalb dieser Mindestspannung. In Erweiterung des Begriffes eines passiv-selbstständigen Durchschlags kann in diesen Fällen kurzzeitig die angelegte Spannung auf zwei Wegen erhöht werden, entweder indem die Elektroden des Plasmabeschleunigers ähnlich einem Kondensator solange aufgeladen werden, bis der Durchschlag erfolgt oder indem der vorgesehenen Betriebsspannung ein Hochspannungspuls aus einem weiteren elektrischen Entladungskreis überlagert wird.in principle must depend on the intended amount of gas a minimum electrical voltage between the electrodes is present to be an independent punch at all to enable. At some pulsed and at all so far investigated and used, continuously operated magnetodynamic and electrothermal plasma accelerators is the operating voltage many times below this minimum stress. In extension the concept of a passive self-contained punch can in these cases briefly the applied voltage be increased in two ways, either by the electrodes of the plasma accelerator similar to a capacitor as long be charged until the breakdown occurs or by the intended Operating voltage a high voltage pulse from another electrical Discharge circuit is superimposed.

Dies ändert aber nichts an der Tatsache, dass die geforderte Gleichmäßigkeit der Entladung und bei gepulsten Plasmabeschleunigern zusätzlich auch noch die geforderte Synchronisation mit dem Gaspuls nicht mit hinreichender Sicherheit erreicht werden können. Daher sind diese passive Zündungsverfahren als unzuverlässig einzustufen.This changes but nothing to the fact that the required uniformity the discharge and in pulsed plasma accelerators in addition also nor the required synchronization with the gas pulse with sufficient Safety can be achieved. Therefore, these are passive Ignition method classified as unreliable.

Aktive Zündungssysteme erzeugen zunächst eine bestimmte Menge an freien Ladungsträgern durch externe Zufuhr von Elektronen mittels Zündkerzen oder photo-elektrischer Sekundäremission oder aber durch eine Teil-Ionisierung des einströmenden Gases mittels elektromagnetischer Bestrahlung. Diese freien Ladungsträger erleichtern den elektrischen Durchschlag und den Beginn der Lichtbogen-Hauptentladung.active Ignition systems initially produce a specific one Amount of free charge carriers due to external supply of Electrons using spark plugs or secondary photo-electric emission or by a partial ionization of the incoming Gases by means of electromagnetic radiation. These free charge carriers facilitate the electrical breakdown and the beginning of the arc main discharge.

Diese Vorgehensweisen sind in den Veröffentlichungen

  • AIAA-98-3803 von J. K. Ziemer, T. E. Markusic, E. Y. Choueiri, D. Birx: „Effects of Ignition an Discharge Symmetry in Gas-Fed Pulsed Plasma Thrusters” ,
  • AIAA-2001-3897 von J. W. Berkery und E. Y. Choueiri: „Laser Discharge Initiation for Gas-Fed Pulsed Plasma Thrusters” ,
  • AIAA-2002-4274 von J. E. Cooley und E. Y. Choueiri: „IR-Assisted Discharge Initiation in Pulsed Plasma Thrusters” ,
  • AIAA-2003-5027 von J. E. Cooley und E. Y. Choueiri: „Fundamentals of PPT Discharge Initiation: Undervoltage Breakdown Through Electron Pulse Injection” des American Institute of Aeronautics and Astronautics sowie dem Konferenzbeitrag
  • IEPC-2005-153 von J. E. Cooley und E. Y. Choueiri: „Fundamentals of Discharge Initiation in Gas-Fed Pulsed Plasma Thrusters” , Proceedings zur 29. International Electric Propulsion Conference in Princeton (USA) 2005
dargestellt. Weiterhin beschreibt A. Mackowski in einem nicht weiter spezifizierten Bericht der Universität Princeton, „Gas-Fed Pulsed Plasma Thrusters: Experiment, Diagnosis and Modeling”, einsehbar unter der Web-Adresse http://w3.pppl.gov/pest/docs/mackowski.pdf die Verwendung eines Magnetrons zur Erzeugung eines Plasmas mit Hilfe von Mikrowellen in einem gepulsten Plasmatriebwerk.These approaches are in the publications
  • AIAA-98-3803 by JK Ziemer, TE Markusic, EY Choueiri, D. Birx: "Effects of Ignition on Discharge Symmetry in Gas Fed Pulsed Plasma Thrusters" .
  • AIAA-2001-3897 by JW Berkery and EY Choueiri: "Laser Discharge Initiation for Gas-Fed Pulsed Plasma Thrusters" .
  • AIAA-2002-4274 by JE Cooley and EY Choueiri: "IR-Assisted Discharge Initiation in Pulsed Plasma Thrusters" .
  • AIAA-2003-5027 by JE Cooley and EY Choueiri: "Fundamentals of PPT Discharge Initiation: Undervoltage Breakdown Through Electron Pulse Injection" the American Institute of Aeronautics and Astronautics and the conference paper
  • IEPC-2005-153 by JE Cooley and EY Choueiri: "Fundamentals of Discharge Initiation in Gas-Fed Pulsed Plasma Thrusters" , Proceedings for the 29th International Electric Propulsion Conference at Princeton (USA) 2005
shown. Furthermore, A. Mackowski describes in an unspecified report from the University of Princeton, "Gas Fed Pulsed Plasma Thrusters: Experiment, Diagnosis and Modeling", available at the web address http://w3.pppl.gov/pest/docs/mackowski.pdf the use of a magnetron to generate a plasma by means of microwaves in a pulsed plasma motor.

Die zur Zeit am meisten verwendete Methode bei der Zündung gepulster Plasmabeschleuniger ist der Einsatz einer oder mehrerer, in den Entladungsraum zwischen den Elektroden hineinragegender Zündkerzen.The most commonly used method for igniting pulsed plasma accelerators is the use of one or more entla training space between the electrodes protruding spark plugs.

Das grundsätzliche Problem der Synchronisation der elektrischen Entladung mit dem Gaspuls und dem damit verbundenen Verlust an Arbeitsgas wird nur bedingt angegangen, indem mehrere Entladungspulse innerhalb eines einzelnen, längeren Gaspulses gezündet werden. Bei gepulsten Plasmatriebwerken bedeutet dies dennoch ein Verlust an Treibstoff.The fundamental problem of synchronization of the electrical Discharge with the gas pulse and the associated loss of working gas is only partially addressed by multiple discharge pulses within a single, longer gas pulse are ignited. Nevertheless, with pulsed plasma thrusters this means a loss on fuel.

Bei einer Einzelentladung muß die zeitliche Verzögerung zwischen dem Gaspuls, als dem langsamsten Vorgang, und dem Zündungspuls, als dem schnellsten Vorgang, auf alle notwendigen Kombinationen von Betriebsspannung und vorgesehener Gasmenge aufwändig angepasst und im Betrieb berücksichtigt werden.at a single discharge must be the time delay between the gas pulse, as the slowest process, and the ignition pulse, as the fastest process, on all necessary combinations of operating voltage and intended amount of gas consuming adapted and taken into account during operation.

Um einen über den gesamten Beschleunigerquerschnitt gleichmäßig verteilten elektrischen Durchschlag zu verwirklichen, sind je nach Größe und Geometrie des Plasmabeschleunigers eine Vielzahl von Zündkerzen erforderlich. Dies erhöht die allgemeine Komplexität des Zündungssystems und erzeugt zusätzliche Synchronisationsprobleme.Around a uniform over the entire accelerator cross section To realize distributed electrical breakdown are depending on Size and geometry of the plasma accelerator one Variety of spark plugs required. This increases the general complexity of the ignition system and creates additional synchronization problems.

Die Zündkerzen besitzen eine bestimmte Abmessung, welche den Plasmabeschleuniger verlängert, wenn die eigentliche Beschleunigungsstrecke beibehalten werden soll. Diese Abmessung behindert dann auch die Herstellung von gepulsten Kleinst-Plasmatriebwerken, wie sie für manche Weltraummissionen erforderlich sind.The Spark plugs have a certain dimension, which is the Plasma accelerator lengthens if the actual acceleration distance is maintained shall be. This dimension then hinders the production of pulsed micro-plasma engines, as for some Space missions are required.

Das Funktionieren der Zündkerzen kann nicht über die gesamte Betriebsdauer, zum Beispiel der Dauer einer Weltraummission, garantiert werden. Eine Redundanz ist auf Grund des zur Verfügung stehenden Volumens ausgeschlossen.The Functioning of the spark plugs can not over the total operating time, for example the duration of a space mission, be guaranteed. A redundancy is due to the available standing volume excluded.

Unabhängig von der Anzahl der Zündkerzen muß zusätzlich zum elektrischen Stromkreis für die Hauptentladung noch ein weiterer, wenn auch wesentlich leistungsärmerer Stromkreis mit allen Komponenten für das Zündungssystem bereitgestellt werden. Damit ist eine zusätzliche Quelle von Störungen und möglichen Fehlfunktionen in das System Plasmabeschleuniger eingebracht. Im Fall von Weltraumtriebwerken bedeutet dies außerdem auch eine zusätzlich mitzunehmende Masse, welche den Nutzlastanteil entsprechend verringert.Independently in addition to the number of spark plugs to the electrical circuit for the main discharge yet another, albeit much lower power circuit provided with all components for the ignition system become. This is an additional source of interference and possible malfunctions in the system plasma accelerator brought in. In the case of space engines, this also means Also an additional mass to be taken, which the payload share reduced accordingly.

Das Problem der gleichmäßigen Zündung von gepulsten, mit Gas betriebenen Plasmabeschleunigern und die mit den Zündkerzen verbundenen Nachteile sind in den letzten Jahren erkannt worden. Daher gibt es Bestrebungen, die Zündkerzen durch die Verwendung von elektromagnetischen Strahlen zu Zündungszwecken zu ersetzen. Dabei werden elektromagnetische Strahlen, die sich auf Grund ihrer Natur grundsätzlich gleichmäßig verteilen lassen, vom Mikrowellenbereich über Infrarot bis hin zu Ultraviolett eingesetzt.The Problem of uniform ignition of pulsed gas-powered plasma accelerators and those with The disadvantages associated with spark plugs are the last Been recognized for years. Therefore, there are efforts to spark plugs through the use of electromagnetic radiation for ignition purposes to replace. This will be electromagnetic rays that are in principle, evenly due to their nature distribute, from the microwave range via infrared used up to ultraviolet.

Ein gepulster, gasbetriebener Plasmabeschleuniger muß aus Gründen seiner Leistungsfähigkeit und seines funktionalen Wirkungsgrades notgedrungen sehr kompakt konstruiert werden. In der Regel sind daher alle Seiten bis auf eine des Plasmabeschleunigers von Elektroden, elektrischen Isolierungen und Stromzuführungen sowie der Gaszuführung versperrt. Die einzige offene Seite des gepulsten Plasmabeschleunigers muß deshalb offen bleiben, damit das beschleunigte Plasma entsprechend dem Zweck des Beschleunigers austreten kann. Die Einbringung einer gleichmäßig verteilten elektromagnetischen Strahlung mittels Spiegel durch die Öffnung des gepulsten Plasmabeschleunigers, so wie in 4 der oben aufgeführten Veröffentlichung AIAA-2005-153 dargestellt, ist unrealistisch, da der Umlenkspiegel oder jedes andere Bauteil mit der gleichen Funktion direkt dem Plasmastrahl ausgesetzt ist. Kein Mechanismus ist schnell genug, den Umlenkspiegel oder ein anderes Bauteil nach der Zündung des Plasmabeschleunigers aus dem Wirkbereich des Plasmastrahls heraus zu bewegen.A pulsed gas-powered plasma accelerator must necessarily be constructed very compactly for reasons of performance and functional efficiency. As a rule, therefore, all sides are blocked except for one of the plasma accelerator of electrodes, electrical insulation and power supply lines and the gas supply. The only open side of the pulsed plasma accelerator must therefore remain open to allow the accelerated plasma to exit in accordance with the purpose of the accelerator. The introduction of a uniformly distributed electromagnetic radiation by means of mirrors through the opening of the pulsed plasma accelerator, as in 4 the publication listed above AIAA 2005-153 is unrealistic because the deflecting mirror or any other component having the same function is directly exposed to the plasma jet. No mechanism is fast enough to move the deflecting mirror or other component out of the effective range of the plasma jet after the ignition of the plasma accelerator.

Eine Einbringung der gleichmäßig verteilten elektromagnetischen Strahlung vom hinteren Ende des gepulsten Plasmabeschleunigers her, so wie in 2 der oben aufgeführten Veröffentlichung AIAA-2001-3897 angedeutet, ist ebenfalls unrealistisch, da auf diese Weise die Stromzuführung zu den Elektroden unterbrochen, zumindest aber ihre Symmetrie stark beeinträchtigt wird. Um dies zu vermeiden, müsste die elektromagnetische Strahlung mit Hilfe eines adequaten Licht- oder Wellenleiters an diskreten Stellen durch die Rückwand des gepulsten Plasmabeschleunigers in den Entladungsraum eingebracht und dort mit Hilfe einer entsprechenden Optik wieder gleichmäßig umverteilt werden.An introduction of the uniformly distributed electromagnetic radiation from the rear end of the pulsed plasma accelerator ago, as in 2 the publication listed above AIAA-2001-3897 is also unrealistic, since in this way the power supply to the electrodes interrupted, but at least their symmetry is greatly impaired. In order to avoid this, the electromagnetic radiation would have to be introduced at discrete locations through the rear wall of the pulsed plasma accelerator into the discharge space with the aid of an adequate light or waveguide and redistributed uniformly there again with the aid of a corresponding optical system.

Diese Einrichtung zur Umverteilung oder die in 2 der oben aufgeführten Veröffentlichung AIAA-2001-3897 dargestellte Umlenkeinrichtung sind auf jeden Fall der schädlichen Wirkung des erzeugten Plasmas ausgesetzt und werden über eine längere Betriebsdauer in ihrer Funktion beeinträchtigt, wenn nicht gar zerstört.This redistribution facility or the in 2 the publication listed above AIAA-2001-3897 shown deflecting device are exposed to the harmful effect of the generated plasma in any case and are impaired over a longer period of operation in their function, if not destroyed.

Wie bei den Zündkerzen muß die zeitliche Verzögerung zwischen dem Gaspuls, als dem langsamsten Vorgang, und dem Zündungspuls, als dem schnellsten Vorgang, auf alle notwendigen Kombinationen von Betriebsspannung und vorgesehener Gasmenge aufwändig angepasst und im Betrieb berücksichtigt werden.As with the spark plugs, the time delay must between the gas pulse, as the slowest process, and the ignition pulse, as the fastest process, on all necessary combinations of operating voltage and intended amount of gas consuming adapted and taken into account during operation.

Wie bei den Zündkerzen muß zusätzlich zum elektrischen Stromkreis für die Hauptentladung noch ein weiterer, wenn auch wesentlich leistungsärmerer Stromkreis mit allen Komponenten für die Erzeugung und Verteilung der elektromagnetischen Zündstrahlung bereitgestellt werden. Damit ist eine zusätzliche Quelle von Störungen und möglichen Fehlfunktionen in das System Plasmabeschleuniger eingebracht. Im Fall von Weltraumtriebwerken bedeutet dies außerdem auch eine zusätzlich mitzunehmende Masse, welche den Nutzlastanteil entsprechend verringert.As at the spark plugs must in addition to the electric Circuit for the main discharge yet another, if also much lower power circuit with all components for the generation and distribution of electromagnetic Firing be provided. This is an additional source of malfunctions and possible malfunctions in introduced the system plasma accelerator. In the case of space engines this also means an additional take with you Mass that reduces the payload proportion accordingly.

Zusammenfassend ergibt sich für die aktiven Zündungssysteme, dass sie zwar grundsätzlich dazu geeignet sind, eine gleichmäßige Zündung eines gepulsten, gasbetriebenen Plasmatriebwerks zu bewirken, dass sie aber dazu einen erheblichen Mehraufwand für ihren Betrieb und die Synchronisation mit dem Gaspuls erfordern und die Komplexität und damit Störanfälligkeit des gesamten Systems Plasmabeschleuniger erhöhen. Es kann auch keine Garantie für die Lebensdauer des Zündungssystems gegeben werden.In summary arises for the active ignition systems that Although they are basically suitable for a uniform Ignition of a pulsed, gas-powered plasma engine but to do so would require a considerable extra effort require their operation and synchronization with the gas pulse and the complexity and thus susceptibility to interference increase the overall system plasma accelerator. It can also no guarantee for the life of the ignition system are given.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Zündung gepulster, gasbetriebener magnetodynamischer Plasmabeschleuniger bereit zu stellen, das den Einbau herkömmlicher Zündungssysteme überflüssig macht und dennoch die Stromentladung zeitlich genau und mit räumlich gleichmäßiger Stromverteilung sicher stellt. Zudem soll eine Vorrichtung zur zuverlässigen Zündung gepulster, gasbetriebener Plasmabeschleuniger geschaffen werden. Das Verfahren und die Vorrichtung eignen sich ebenfalls zur zuverlässigen Zündung kontinuierlich betriebener magnetodynamischer und elektrothermischer Plasmabeschleuniger.The The object of the invention is a method for ignition pulsed, gas-powered magnetodynamic plasma accelerator To provide ready, the installation of conventional ignition systems superfluous makes and still the current discharge accurately in time and with spatial ensures even power distribution. moreover intended a device for reliable ignition pulsed, gas-powered plasma accelerator are created. The method and the device are also suitable for reliable Ignition continuously operated magnetodynamic and electrothermal plasma accelerator.

Die Grundlage für die Lösung ist die Verwendung eines radioaktiven Strahlers mit geeigneter Strahlungsart und geeigneter Aktivität in Kombination mit einem einzelnen, schnellen Ventil für die möglichst gleichmäßige Zufuhr des Arbeitsgases in den Entladungsraum. Als geeignete Strahlung kommen α- oder β-Strahlen, also Heliumkerne beziehungsweise Elektronen in Frage, die ausgehend von der verwendeten radioaktiven Substanz durch Stöße mit den Molekülen des Arbeitsgases und/oder die geschwindigkeitsbedingte Verzerrung des lokalen elektrischen Feldes einige dieser Arbeitsgasmoleküle ionisiert und so die ersten freien Ladungsträger erzeugen, welche dann wiederum die Hauptentladung einleiten. Der geeignete Aktivitätspegel wird anhand mehrerer Bedingungen festgelegt. So muß die Aktivität einerseits klein genug sein, damit in der Zeit zwischen dem Aufbau der elektrischen Spannung an den Elektroden und der Betätigung des Arbeitsgasventils keine zerstörerische Vakuumentladung ausgelöst wird. Andererseits muß die Aktivität groß genug sein, damit hinreichend viele anfängliche Ladungsträger durch Wechselwirkung mit den Molekülen des Arbeitsgases und in einem weiten Variationsbereich der Arbeitsgasdichte erzeugt werden. Weiterhin wird die notwendige Mindest-Aktivität ebenfalls dadurch bestimmt, dass die Strahlung gleichmäßig verteilt über den Querschnitt des Beschleunigers und innerhalb eines hinreichend kurzen Zeitfensters erfolgt. Nicht zuletzt wird die anfängliche Mindest-Aktivität durch die geplante Nutzungsdauer bestimmt. Diese wäre bei Weltraumtriebwerken die geplante Missionsdauer und bei industriellen Anwendungen das vorgesehene Wartungsintervall.The The basis for the solution is the use of a radioactive radiator with suitable radiation and suitable Activity in combination with a single, fast Valve for the most even possible Supply of the working gas into the discharge space. As suitable radiation come α- or β-rays, ie helium nuclei or Electrons in question, starting from the used radioactive Substance by collisions with the molecules of the working gas and / or the speed-related distortion of the local electric field some of these working gas molecules ionized and thus generate the first free charge carriers, which in turn initiate the main discharge. The suitable one Activity level is determined by several conditions. So, on the one hand, the activity has to be small enough thus in the time between the buildup of the electrical voltage at the electrodes and the actuation of the working gas valve no destructive vacuum discharge triggered becomes. On the other hand, the activity must be big enough be sufficient for a sufficient number of initial charge carriers by interaction with the molecules of the working gas and produced in a wide variation range of the working gas density become. Furthermore, the necessary minimum activity also determined by the fact that the radiation is evenly distributed over the cross section of the accelerator and within a sufficient short time window. Last but not least, the initial one Minimum activity determined by the planned useful life. These would be the planned mission duration for space engines and in industrial applications the scheduled maintenance interval.

In einer Erweiterung des beschriebenen Prinzips kann ein radioaktiver Strahler in Kombination mit in seiner unmittelbaren Nähe angebrachten, Elektronen vervielfältigenden Werkstoffen eingesetzt werden. Dabei werden die vom Strahler ausgehenden Teilchen ganz oder teilweise auf einen speziellen Werkstoff gerichtet, der die Eigenschaft besitzt, beim Auftreffen eines Teilchens höherer Energie mehrere Elektronen niedrigerer Energie als Sekundäremission freizusetzen. Diese Sekundär-Elektronen tragen dann ihrerseits dazu bei, durch Stöße mit den Molekülen des Arbeitsgases die anfänglichen Ladungsträger zu erzeugen und die Hauptentladung einzuleiten. Dies ist insbesondere dann von Nutzen, wenn die Teilchenenergie der radioaktiven Strahlung zu hoch ist und infolgedessen die Anzahl der Ladungsträger erzeugenden Wechselwirkungen mit den Molekülen des Arbeitsgases abnimmt. Bei der Verwendung von Elektronen vervielfältigenden Werkstoffen in Kombination mit radioaktiven Strahlern muß ebenfalls darauf geachtet werden, dass durch die erhöhte Anzahl von Elektronen und Strahlungsteilchen keine vorzeitige, zerstörerische Vakuumentladung ausgelöst wird.In an extension of the principle described may be a radioactive Spotlights in combination with in its immediate vicinity attached, electron-multiplying materials be used. In the process, the particles emanating from the radiator become directed in whole or in part on a special material, the the property possesses, when hitting a particle higher Energy several electrons of lower energy than secondary emission release. These secondary electrons then carry in turn in addition, by collisions with the molecules of the working gas the initial charge carriers to generate and initiate the main discharge. This is special then useful if the particle energy of the radioactive radiation is too high and consequently the number of charge carrier generating Interactions with the molecules of the working gas decreases. When using electron-multiplying materials in combination with radioactive sources must also be taken to ensure that by the increased number of Electrons and radiation particles no premature, destructive Vacuum Discharge is triggered.

In einer Erweiterung des beschriebenen Prinzips kann ein radioaktiver Strahler eingesetzt werden, welcher eine andere ionisierende Strahlung als α- oder β-Teilchen aussendet.In an extension of the principle described may be a radioactive Emitters which emit other ionizing radiation than or β particles.

In einer Erweiterung des beschriebenen Prinzips kann ein radioaktiver Strahler eingesetzt werden, dessen Strahlung einen anderen, in seiner unmittelbaren Nähe angebrachten, speziellen Werkstoff dazu anregt, seinerseits eine ionisierende Strahlung im allgemeinen Sinn, das heißt ungeachtet deren physikalischer Natur abzugeben.In an extension of the principle described may be a radioactive Emitters are used whose radiation is another, in its immediate Nearby attached, special material to stimulates, in turn an ionizing radiation in the general sense, that is regardless of their physical nature.

In einer Erweiterung des beschriebenen Prinzips können der radioaktive Strahler und der gegebenenfalls in seiner unmittelbaren Nähe angebrachte spezielle Werkstoff zur Sekundäremission von Elektronen oder ionisierender Strahlung im allgemeinen Sinn derart auf oder an oder in den Elektroden angebracht und die Elektroden im Zündungsbereich derart geformt sein, dass die angelegte Betriebsspannung ein lokales elektrisches Feld erzeugt, welches die emittierte radioaktive Strahlung und die gegebenenfalls von der radioaktiven Strahlung erzeugten Sekundäremission von Elektronen oder anderen ionisierenden Strahlen im allgemeinen Sinn auf den Zündungsbereich fokussiert.In an extension of the described principle, the radioactive emitter and any special material for secondary emission of electrons or ionizing radiation in the general sense may be mounted on or on or in the electrodes and the electrodes may be formed in the ignition region such that the applied operating voltage generates a local electric field, which focuses the emitted radioactive radiation and the secondary emission of electrons or other ionizing radiation optionally produced by the radioactive radiation in the general sense onto the ignition region.

Auf die Anbringung eines speziellen Werkstoffes zur Sekundäremission von Elektronen oder anderer ionisierender Strahlung im allgemeinen Sinn in unmittelbarer Nähe des radioaktiven Strahlers kann verzichtet werden, falls der Elektrodenwerkstoff und/oder der Isolatorwerkstoff bereits von sich aus solche Eigenschaften zur Sekundäremission besitzen.On the attachment of a special material for secondary emission of electrons or other ionizing radiation in general Sense in the immediate vicinity of the radioactive radiator can be dispensed with, if the electrode material and / or the Isolatorwerkstoff already by itself such secondary emission properties have.

Die Lösung ist im Hinblick auf das Verfahren erfindungsgemäß durch folgende Vorgehensweise gekennzeichnet:

  • 1. Bereitstellen eines magnetodynamischen oder elektrothermischen Plasmabeschleunigers mit einer an dessen Elektroden anliegenden Betriebsspannung in vorgesehener Höhe, mit einer Einrichtung zur Zufuhr von Arbeitsgas in der vorgesehenen Menge sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur selbstständigen Zündung, bestehend aus einer in unmittelbarer Nähe des Zündungsbereichs zwischen den Elektroden des Plasmabeschleunigers angebrachten Einrichtung zur radioaktiven Bestrahlung und gegebenenfalls Bestrahlung durch radioaktiv angeregte Sekundäremission von Elektronen oder anderen ionisierenden Strahlen im allgemeinen Sinn sowie einer Einrichtung zur gesteuerten, möglichst gleichmäßigen Zuführung des Arbeitsgases in den Zündungsbereich hinein.
  • 2. Auslösung des Zündungsprozesses ausschließlich durch Betätigung der der Einrichtung zur Zuführung des Arbeitsgases Zündungsbereich hinein.
  • 3. Spontane Erzeugung anfänglicher Ladungsträger im Zündungsbereich durch Wechselwirkung der radioaktiven Strahlung und gegebenenfalls der aus der Sekundäremission stammenden Elektronen oder anderen ionisierenden Strahlen im allgemeinen Sinn mit den Molekülen des Arbeitsgases.
  • 4. Selbstständiger, gleichmäßig verteilter elektrischer Durchschlag im Zündungsbereich infolge der an den Elektroden des Beschleunigers anliegenden Spannung und Beginn der gleichmäßig verteilten Hauptentladung.
  • 5. Bei Bereitstellung eines gepulsten magnetodynamischen Plasmabeschleunigers enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung zur selbstständigen Zündung eine Einrichtung zur diskontinuierlichen Zuführung des Arbeitsgases in den Zündungsbereich.
The solution according to the invention is characterized by the following procedure:
  • 1. Provision of a magnetodynamic or electrothermal plasma accelerator with an operating voltage applied to its electrodes in the intended amount, with a device for supplying working gas in the intended amount and the inventive device for self-ignition, consisting of a in the immediate vicinity of the ignition range between the electrodes of the Plasma accelerator attached device for radioactive irradiation and optionally irradiation by radioactively excited secondary emission of electrons or other ionizing radiation in the general sense and a means for controlled, as uniform as possible supply of the working gas in the ignition area into it.
  • 2. Triggering of the ignition process only by actuation of the means for supplying the working gas ignition range into it.
  • 3. Spontaneous generation of initial charge carriers in the ignition region by interaction of the radioactive radiation and optionally of the secondary emission originating electrons or other ionizing radiation in the general sense with the molecules of the working gas.
  • 4. Independent, evenly distributed electrical breakdown in the ignition due to the voltage applied to the electrodes of the accelerator voltage and the beginning of the uniformly distributed main discharge.
  • 5. When providing a pulsed magnetodynamic plasma accelerator, the inventive device for self-ignition includes a means for discontinuous supply of the working gas in the ignition range.

Die Lösung ist im Hinblick auf die Vorrichtung erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen gepulsten magnetodynamischen Plasmabeschleuniger mit den folgenden Elementen:

  • 1. Ein räumlich eng abgegrenztes Volumen innerhalb und im hintersten Bereich des Entladungsraumes zwischen den Elektroden des Plasmabeschleunigers, dem Zündungsbereich, in welchem die einwirkende radioaktive Strahlung und gegebenenfalls die aus der Sekundäremission stammenden Elektronen oder anderen ionisierenden Strahlen im allgemeinen Sinn die für den gleichmäßigen elektrischen Durchschlag erforderlichen Ladungsträger erzeugen.
  • 2. Einen um den Zündungsbereich gleichmäßig verteilten natürlichen oder künstlichen radioaktiven Werkstoff, dessen ionisierende Strahlung oder ionisierende Wirkung ausschließlich in den Zündungsbereich gerichtet ist.
  • 3. Gegebenenfalls ein um den Zündungsbereich und in unmittelbarer Nähe des radioaktiven Strahlers und von diesem zumindest teilweise angestrahlten, gleichmäßig verteilten Werkstoff zur Sekundäremission von Elektronen oder anderen ionisierenden Strahlen im allgemeinen Sinn zur Verstärkung der ionisierenden Wirkung im Zündungsbereich.
  • 4. Gegebenenfalls können die Substanzen für die radioaktive Strahlung und für die Sekundäremission von Elektronen oder anderen ionisierenden Strahlen im allgemeinen Sinn räumlich getrennt oder miteinander vermischt im Plasmabeschleuniger eingebracht werden.
  • 5. Gegebenenfalls im Zündungsbereich speziell solcherart geformte Elektroden, dass die angelegte Betriebsspannung ein lokales elektrisches Feld erzeugt, welches die emittierte radioaktive Strahlung und die gegebenenfalls von der radioaktiven Strahlung erzeugten Sekundäremission von Elektronen oder anderen ionisierenden Strahlen im allgemeinen Sinn auf den Zündungsbereich fokussiert.
  • 6. Eine Einrichtung zur diskontinuierlichen Zufuhr von Arbeitsgas, bestehend aus vorzugsweise einem einzelnen schnellen Gasventil mit vorgeschalteter Vorratskammer sowie vorzugsweise mehreren nachgeschalteten, strömungsmechanisch gleichwertigen und auf den Zündungsbereich hin ausgerichteten Auslasskanälen zur möglichst gleichförmigen und gleichzeitigen Verteilung des Arbeitsgases in den Zündungsbereich.
The solution according to the invention is characterized by a pulsed magnetodynamic plasma accelerator with the following elements:
  • 1. A spatially delimited volume within and in the rearmost area of the discharge space between the electrodes of the plasma accelerator, the firing range, in which the acting radioactive radiation and optionally derived from the secondary emission electrons or other ionizing radiation in the general sense that for the uniform electrical breakdown generate required charge carriers.
  • 2. A uniformly distributed around the ignition area natural or artificial radioactive material whose ionizing radiation or ionizing effect is directed exclusively into the ignition range.
  • 3. Optionally, around the Zündungsbereich and in the immediate vicinity of the radioactive source and this at least partially illuminated uniformly distributed material for the secondary emission of electrons or other ionizing radiation in the general sense to enhance the ionizing effect in the ignition.
  • 4. Optionally, the substances for the radioactive radiation and for the secondary emission of electrons or other ionizing radiation in the general sense spatially separated or mixed together in the plasma accelerator can be introduced.
  • 5. Optionally, in the firing region, specifically such shaped electrodes that the applied operating voltage generates a local electric field which focuses the emitted radioactive radiation and any secondary emission of electrons or other ionizing radiation produced by the radioactive radiation to the firing range.
  • 6. A device for the discontinuous supply of working gas, consisting of preferably a single fast gas valve with upstream storage chamber and preferably a plurality of downstream, fluidically equivalent and directed to the ignition range outlet channels for uniform and simultaneous distribution of the working gas in the ignition.

Der elektrische Durchschlag erfolgt selbstständig in dem Moment, wo die vom schnellen Gasventil abgegebene Gasmenge den Zündungsbereich erreicht und mit der radioaktiven Strahlung und den gegebenenfalls vorhandenen, aus der Sekundäremission stammenden Elektronen oder anderen ionisierenden Strahlen im allgemeinen Sinn in Wechselwirkung tritt. Ein weitergehender Aufwand zur Synchronisation von Zündung und Gaspuls ist nicht notwendig.Of the electrical breakdown happens automatically at the moment where the amount of gas delivered by the fast gas valve reaches the ignition range and with the radioactive radiation and any existing, from the secondary emission originating electrons or others ionizing radiation in the general sense interacts. A further effort to synchronize ignition and gas pulse is not necessary.

Der radioaktive Strahler und der gegebenfalls in seiner unmittelbaren Nähe vorhandene Werkstoff zur Sekundäremission von Elektronen oder anderer ionisierender Strahlung im allgemeinen Sinn wird in der Umgebung des Zündungsbereiches gleichmäßig verteilt und erzeugt so eine gleichmäßige ionisierende Strahlung in den Zündungsbereich hinein. Dies ist die Voraussetzung für einen gleichmäßig verteilten elektrischen Durchschlag.Of the radioactive emitters and, if necessary, in its immediate Near existing material for secondary emission of electrons or other ionizing radiation in general Sense becomes even in the vicinity of the firing range distributes and thus produces a uniform ionizing Radiation into the ignition area. This is the requirement for a uniformly distributed electrical Punch.

Der radioaktive Strahler und der gegebenfalls in seiner unmittelbaren Nähe vorhandene Werkstoff zur Sekundäremission von Elektronen oder anderer ionisierender Strahlung im allgemeinen Sinn können auf engstem Raum in der Umgebung des Zündungsbereiches angebracht werden. Damit wird die Beschleunigungsstrecke nicht wesentlich verkürzt und es können auch Kleinst-Plasmabeschleuniger konstruiert werden.Of the radioactive emitters and, if necessary, in its immediate Near existing material for secondary emission of electrons or other ionizing radiation in general Sense can be confined in the confined space around the firing range be attached. Thus, the acceleration route is not essential shortens and it can also micro-plasma accelerators be constructed.

Der radioaktive Strahler und der gegebenfalls in seiner unmittelbaren Nähe vorhandene Werkstoff zur Sekundäremission von Elektronen oder anderer ionisierender Strahlung im allgemeinen Sinn ist ein passives Zündungsverfahren in dem Sinn, dass keine weiteren Bauteile zu dessen Steuerung und Energieversorgung notwendig sind. Die entsprechenden zusätzlichen Massen sowie die damit verbundenen erhöhte Komplexität und Störungsanfälligkeit entfallen vollständig.Of the radioactive emitters and, if necessary, in its immediate Near existing material for secondary emission of electrons or other ionizing radiation in general Meaning is a passive ignition method in the sense that no additional components for its control and power supply necessary are. The corresponding additional masses as well as the associated increased complexity and susceptibility to interference completely eliminated.

Der Abtrag des radioaktiven Strahlers und des gegebenfalls in seiner unmittelbaren Nähe vorhandenen Werkstoffes zur Sekundäremission von Elektronen oder anderer ionisierender Strahlung im allgemeinen Sinn durch Plasmaeinwirkung im Betrieb kann leicht durch eine entsprechende Erhöhung der angebrachten Werkstoffmengen kompensiert werden.Of the Removal of the radioactive radiator and, if necessary, in its immediate vicinity of existing material for secondary emission of electrons or other ionizing radiation in general Sense by plasma action in the operation can easily by a corresponding Increase the amount of material attached be compensated.

Das Zündungssystem funktioniert immer und entsprechend genau bekannten Gesetzen und kann in gepulsten wie auch in kontinuierlich betriebenen magnetodynamischen und elektrothermischen Plasmabeschleunigern zum Einsatz kommen.The Ignition system always works and according to exactly known laws and can be pulsed as well as continuous operated magnetodynamic and electrothermal plasma accelerators be used.

Das Zündungssystem kann ebenso vorteilhaft zur Zündung kontinuierlich betriebener magnetodynamischer oder elektrothermischer Plasmabeschleuniger verwendet werden. Damit werden die bislang üblichen elektrischen Schaltkreise zur Erzeugung von Hochspannungspulsen und die damit verbundenen Nachteile nicht mehr benötigt.The Ignition system can be equally beneficial to ignition continuously operated magnetodynamic or electrothermal Plasma accelerator can be used. This will be the usual electrical circuits for generating high voltage pulses and the associated disadvantages no longer needed.

Im folgenden wird die Erfindung und die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie deren Integration in einem gepulsten, gasbetriebenen Plasmabeschleuniger unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen näher erläutert. 1 bis 4 zeigen die typische Anordnung der klassischen Bauteile eines gepulsten magnetodynamischen Plasmabeschleunigers sowie die integrierte erfindungsgemäße Zündungs-Vorrichtung.In the following, the invention and the device according to the invention and their integration in a pulsed, gas-driven plasma accelerator will be explained in more detail with reference to schematic drawings. 1 to 4 show the typical arrangement of the classical components of a pulsed magnetodynamic plasma accelerator and the integrated ignition device according to the invention.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem gleichmäßig verteilten natürlichen oder künstlichen radioaktiven Werkstoff im Bereich (14) der Anode (12) und/oder im Bereich (15) der Kathode (13), deren radioaktive Strahlung ausschließlich auf und in den Zündungsbereich (17) gerichtet ist, dem Zündungsbereich (17) selbst sowie der Einrichtung zur diskontinuierlichen Zufuhr von Arbeitsgas bestehend aus dem vorzugsweise einzelnen schnellen Gasventil (10), dem eine Vorratskammer (7) vor- und vorzugsweise mehrere, identische oder zumindest strömungstechnisch gleichwertige Auslasskanäle (18) zur Zuführung der vorgesehenen Menge an Arbeitsgas (19) in und vor den Zündungsbereich (17) nachgeschaltet sind. Gegebenenfalls wird die erfindungsgemäße Vorrichtung durch einen in unmittelbarer Nähe zu dem radioaktiven Werkstoff in den Bereichen (14) und (15) gleichmäßig verteilten Werkstoff (16) zur Sekundäremission von Elektronen oder anderen ionisierenden Strahlen im allgemeinen Sinn ergänzt, wobei letztere ebenfalls auf und in den Zündungsbereich (17) gerichtet sind.The device according to the invention consists of a uniformly distributed natural or artificial radioactive material in the range ( 14 ) of the anode ( 12 ) and / or in the field ( 15 ) the cathode ( 13 ) whose radioactive radiation is concentrated exclusively in and 17 ), the firing range ( 17 ) itself as well as the device for the discontinuous supply of working gas consisting of the preferably individual fast gas valve ( 10 ) to which a pantry ( 7 ) preferably and preferably a plurality of identical or at least fluidically equivalent outlet channels ( 18 ) for supplying the intended amount of working gas ( 19 ) in and before the firing range ( 17 ) are connected downstream. Optionally, the device according to the invention will be provided by one in close proximity to the radioactive material in the areas ( 14 ) and ( 15 ) evenly distributed material ( 16 ) for the secondary emission of electrons or other ionizing radiation in the general sense, the latter also on and in the ignition range ( 17 ) are directed.

Für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nur das Zusammenspiel von dem schnellen Gasventil (10), der Vorratskammer (7), den Auslasskanälen (18) und dem Zündungsbereich (17) mit der radioaktiven Strahlung aus den Bereichen (14) und (15) sowie der Sekundäremission (16) von Elektronen oder anderen ionisierenden Strahlen im allgemeinen Sinn von Bedeutung. Auf welche Art die Vorratskammer (7), das Gasventil (10) oder die Auslasskanäle technisch realisiert werden und auf welche Weise das Gasventil (10) betätigt wird, ist für die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht Ausschlag gebend. Alle anderen aufgeführten Teile gehören zu den klassischen Bauteilen eines gepulsten magnetodynamischen Plasmabeschleunigers.For the device according to the invention, only the interaction of the fast gas valve ( 10 ), the pantry ( 7 ), the outlet channels ( 18 ) and the firing range ( 17 ) with the radioactive radiation from the areas ( 14 ) and ( 15 ) and the secondary issue ( 16 ) of electrons or other ionizing radiation in the general sense of importance. In which way the pantry ( 7 ), the gas valve ( 10 ) or the outlet ducts are technically realized and how the gas valve ( 10 ) is actuated, is not decisive for the device according to the invention. All other parts listed are among the classic components of a pulsed magnetodynamic plasma accelerator.

Das Hochspannungs-Ladegerät (1) wird zum Aufladen über den Schalter (2) mit dem Zwischenspeicher für die Energie der Hauptentladung, üblicherweise einer Kondensatorbank (3) verbunden. Die Elektroden des Plasmabeschleunigers, die Anode (12) und die Kathode (13) sind direkt und ohne zusätzliche Schalter an die Kondensatorbank (3) angeschlossen. Die Anode (12) und die Kathode (13) sind zudem durch eine elektrisch isolierende Platte (11) von einander getrennt.The high voltage charger ( 1 ) is used to charge via the switch ( 2 ) with the main discharge energy buffer, usually a capacitor bank ( 3 ) connected. The electrodes of the plasma accelerator, the anode ( 12 ) and the cathode ( 13 ) are directly and without additional switches to the capacitor bank ( 3 ) connected. The anode ( 12 ) and the cathode ( 13 ) are also by an electrically insulating plate ( 11 ) separated from each other.

Die Versorgung des Plasmabeschleunigers mit Arbeitsgas besteht aus dem Gasbehältnis (9), welches über ein Regelventil (8) an die Vorratskammer (7) des schnellen Gasventils (10) angeschlossen ist. Die Treiberspule (4) des schnellen Gasventils (10) wird bei Betätigung des Schalters (5) mit einem Stromstoß aus dem Strompulsgenerator (6) beaufschlagt und das Gasventil (10) öffnet sich in möglichst kurzer Zeit.The supply of the plasma accelerator with working gas consists of the gas container ( 9 ), which via a control valve ( 8th ) to the pantry ( 7 ) of the fast gas valve ( 10 ) connected. The driver coil ( 4 ) of the fast gas valve ( 10 ) is activated when the switch ( 5 ) with a Current surge from the current pulse generator ( 6 ) and the gas valve ( 10 ) opens in as short a time as possible.

Der Zündungsbereich (17) ist ein eng begrenztes Volumen vorzugsweise im hintersten Bereich des Plasmabeschleunigers und ist in den schematischen Zeichnungen durch die punktierte Linie gekennzeichnet. Um eine möglichst gleichmäßige und gleichzeitige Füllung des Zündungsbereiches (17) mit dem Arbeitsgas (19) zu erreichen, müssen die Auslasskanäle (18) identisch oder zumindest strömungsmechanisch gleichwertig sein.The ignition range ( 17 ), a narrow volume is preferably in the rearmost area of the plasma accelerator and is indicated by the dotted line in the schematic drawings. To ensure uniform and simultaneous filling of the ignition area ( 17 ) with the working gas ( 19 ), the outlet channels ( 18 ) be identical or at least fluidically equivalent.

1 Die erfindungsgemäße Vorrichtung im Plasmabeschleuniger zu einem Zeitpunkt nach der letzten erfolgreichen Zündung. Die Kondensatorbank (3) zur Aufnahme der Energie für die Hauptentladung ist leer; die Schalter (2) und (5) sind offen. 1 The inventive device in the plasma accelerator at a time after the last successful ignition. The capacitor bank ( 3 ) to receive the energy for the main discharge is empty; the switches ( 2 ) and ( 5 ) are open.

2 Die erfindungsgemäße Vorrichtung im Plasmabeschleuniger zu einem Zeitpunkt während der Aufladung vor der nächsten Zündung. Der Schalter (2) wird für die Dauer der Aufladung der Kondensatorbank (3) mit dem Hochspannungs-Ladegerät (1) geschlossen. 2 The inventive device in the plasma accelerator at a time during charging before the next ignition. The desk ( 2 ) is charged for the duration of charging the capacitor bank ( 3 ) with the high voltage charger ( 1 ) closed.

3 Die erfindungsgemäße Vorrichtung im Plasmabeschleuniger zu einem Zeitpunkt nach der Aufladung und während der Betätigung der Zündungsvorrichtung. Um das Hochspannungs-Ladegerät (1) vor entladungsbedingten Spannungsspitzen zu schützen, wird der Schalter (2) geöffnet bevor der Schalter (5) geschlossen wird. Durch die Beaufschlagung der Treiberspule (4) mit dem Stromstoß aus dem Strompulsgenerator (6) öffnet sich das schnelle Gasventil (10) für eine kurze Zeit, in der die mit Hilfe des Regelventils (7) voreingestellte Menge an Arbeitsgas (19) aus der Vorratskammer (7) durch die Auslasskanäle (18) gleichmäßig und gleichzeitig in den Zündungsbereich (17) des Plasmabeschleunigers einströmt. 3 The inventive device in the plasma accelerator at a time after charging and during the operation of the ignition device. To the high voltage charger ( 1 ) to protect against discharge-related voltage spikes, the switch ( 2 ) opened before the switch ( 5 ) is closed. By applying the drive coil ( 4 ) with the surge from the current pulse generator ( 6 ) opens the fast gas valve ( 10 ) for a short time, in which by means of the control valve ( 7 ) preset amount of working gas ( 19 ) from the pantry ( 7 ) through the outlet channels ( 18 ) evenly and simultaneously into the firing range ( 17 ) of the plasma accelerator flows.

4 Die erfindungsgemäße Vorrichtung im Plasmabeschleuniger zu einem Zeitpunkt direkt nach der Betätigung der Zündungunsvorrichtung. Durch die einwirkende ionisierende Strahlung aus den Elektrodenbereichen (14) und (15) sowie den gegebenenfalls einwirkenden Sekundär-Elektronen aus (16) der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden in einem breiten Spektrum der Arbeitsgasdichte im Zündungsbereich (17) anfängliche Ladungsträger erzeugt, welche durch die angelegte Spannung der Kondensatorbank (3) entsprechend ihrer elektrischen Ladung in Richtung der Anode (12) oder der Kathode (13) beschleunigt werden und ihrerseits durch Stöße mit den restlichen Molekülen des Arbeitsgases (19) neue Ladungsträger erzeugen. Durch den derart einsetzenden Lawineneffekt setzt der elektrische Durchschlag die Hauptentladung (20) und die damit verbundene Plasmabeschleunigung in Gang. Das schnelle Gasventil (10) schließt sich wieder und ermöglicht so die Auffüllung der Vorratskammer (7) mit der vorgesehenen Menge an Arbeitsgas für den nachfolgenden Puls. 4 The device according to the invention in the plasma accelerator at a time immediately after the operation of the ignition device. By the acting ionizing radiation from the electrode areas ( 14 ) and ( 15 ) as well as the optionally acting secondary electrons ( 16 ) of the device according to the invention are in a wide range of working gas density in the ignition ( 17 ) generates initial charge carriers, which by the applied voltage of the capacitor bank ( 3 ) according to their electrical charge in the direction of the anode ( 12 ) or the cathode ( 13 ) and in turn by impacts with the remaining molecules of the working gas ( 19 ) generate new charge carriers. Due to the onset of avalanche effect, the electrical breakdown sets the main discharge ( 20 ) and the associated plasma acceleration in motion. The fast gas valve ( 10 ) closes again, allowing the filling of the pantry ( 7 ) with the intended amount of working gas for the subsequent pulse.

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Claims (24)

Verfahren zur kontrollierten und zuverlässigen Zündung von Plasmabeschleunigern, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auslösung der Zündung die Strahlung einer radioaktiven Substanz verwendet wird.Method for the controlled and reliable ignition of plasma accelerators, characterized in that the radiation of a radioactive substance is used to trigger the ignition. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radioaktive Strahlung aus emittierten Heliumkernen, auch bezeichnet als α-Teilchen, oder vorzugsweise aus emittierten Elektronen, auch bezeichnet als β-Teilchen, besteht.Method according to claim 1, characterized in that that the radioactive radiation emitted helium nuclei, too referred to as α-particles, or preferably emitted Electrons, also referred to as β-particles exists. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der radioaktiven Strahlung durch Einwirkung auf einen in unmittelbarer Nähe gleichmäßig verteilten Werkstoff zur Emission von Sekundärelektronen führt, welche die ionisierende Wirkung der restlichen radioaktiven Strahlung im Zündungsbereich verstärken.Process according to claims 1 and 2, characterized characterized in that a part of the radioactive radiation by action evenly in the immediate vicinity distributed material for the emission of secondary electrons which causes the ionizing effect of the remaining radioactive Increase radiation in the ignition area. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte radioaktive Strahlung durch Einwirkung auf einen in unmittelbarer Nähe gleichmäßig verteilten Werkstoff zur Emission von Sekundärelektronen führt, welche dann allein die ionisierende Wirkung im Zündungsbereich erzeugen.Process according to claims 1 and 2, characterized characterized in that the entire radioactive radiation by exposure evenly in the immediate vicinity distributed material for the emission of secondary electrons leads, which then alone the ionizing effect in the ignition range produce. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Einwirkung der radioaktiven Strahlung erzeugte Sekundäremission ihrerseits aus einer ionisierenden Teilchenstrahlung und/oder aus einer ionisierenden elektromagnetischen Strahlung besteht.Process according to claims 1 to 4, characterized characterized in that by the action of radioactive radiation generated secondary emission in turn from an ionizing Particle radiation and / or from an ionizing electromagnetic Radiation exists. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Anbringung in unmittelbarer Nähe des radioaktiven Strahlers eines speziellen Werkstoffes zur Sekundäremission von ionisierender Strahlung verzichtet werden kann, falls der Werkstoff der Elektroden und/oder der Werkstoff des sie trennenden Isolators bereits von sich aus solche Eigenschaften besitzt.Process according to claims 1 to 5, characterized characterized in that the attachment in the immediate vicinity the radioactive radiator of a special material for secondary emission can be dispensed with ionizing radiation, if the material the electrodes and / or the material of the insulator separating them already possesses such properties on its own. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden in der Nähe des Zündungsbereiches derart geformt sind, dass durch die angelegte Betriebsspannung in der vorgesehenen Höhe ein lokales elektrisches Feld entsteht, welches die radioaktive Teilchenstrahlung und gegebenenfalls die aus der Sekundäremission stammende Teilchenstrahlung auf den Zündungsbereich fokussiert und so deren ionisierende Wirkung im Zündungsbereich verbessert.Process according to claims 1 to 6, characterized characterized in that the electrodes in the vicinity of the ignition range are shaped such that by the applied operating voltage in the intended height creates a local electric field, which the radioactive particle radiation and possibly the from the secondary emission derived from particle radiation the firing range focused and so their ionizing Improved effect in the ignition range. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Bereitstellung eines gepulsten magnetodynamischen Plasmabeschleunigers die erfindungsgemäße Vorrichtung zur selbstständigen Zündung eine Einrichtung zur diskontinuierlichen Zuführung des Arbeitsgases in den Zündungsbereich enthält.Process according to claims 1 to 7, characterized characterized in that providing a pulsed magnetodynamic Plasma accelerator, the inventive device for self-ignition a device for discontinuous feeding of the working gas into the ignition area contains. Vorrichtung zur kontrollierten und zuverlässigen Zündung von Plasmabeschleunigern, umfassend – den Zündungsbereich, ein räumlich eng abgegrenztes Volumen innerhalb und im hintersten Bereich des Entladungsraumes zwischen den Elektroden des Plasmabeschleunigers, in welchem die einwirkende radioaktive Strahlung die für den gleichmäßigen elektrischen Durchschlag erforderlichen, anfänglichen Ladungsträger erzeugt, – einen um den Zündungsbereich verteilten natürlichen oder künstlichen radioaktiven Werkstoff, dessen ionisierende Strahlung vorzugsweise in den Zündungsbereich gerichtet ist.Device for controlled and reliable Ignition of plasma accelerators, comprising - the Ignition area, a spatially delimited Volume within and in the rearmost area of the discharge space between the electrodes of the plasma accelerator, in which the acting radioactive radiation for the uniform electrical breakdown required, initial charge carriers generated, - One distributed around the ignition area natural or artificial radioactive material, its ionizing radiation preferably in the ignition range is directed. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete radioaktive Werkstoff Heliumkerne, auch bezeichnet als α-Teilchen, oder vorzugsweise Elektronen, auch bezeichnet als β-Teilchen, ausstrahlt.Device according to claim 9, characterized in that that the radioactive material used helium nuclei, also called as α-particles, or preferably electrons, also called as β particles. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass um den Zündungsbereich herum und in unmittelbarer Nähe des radioaktiven Strahlers und zumindest teilweise von diesem angestrahlt, ein weiterer, gleichmäßig verteilter und Elektronen vervielfältigender Werkstoff angebracht ist, dessen Sekundäremission von Elektronen die ionisierende Wirkung der radioaktiven Strahlung im Zündungsbereich verstärkt.Device according to claims 9 and 10, characterized characterized in that around the ignition area and in close to the radioactive radiator and at least partially illuminated by this, another, evenly distributed and electron multiplying material attached, its secondary emission of electrons the ionizing effect of radioactive radiation in the ignition area strengthened. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass um den Zündungsbereich herum und in unmittelbarer Nähe des radioaktiven Strahlers und zumindest teilweise von diesem angestrahlt, ein weiterer, gleichmäßig verteilter und Elektronen vervielfältigender Werkstoff angebracht ist, und die ionisierende Wirkung im Zündungsbereich ausschließlich durch dessen Sekundäremission von Elektronen erzeugt wird.Device according to claims 9 and 10, characterized characterized in that around the ignition area and in close to the radioactive radiator and at least partially illuminated by this, another, evenly distributed and electron multiplying material is attached, and the ionizing effect in the ignition range exclusively by its secondary emission of Electrons is generated. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass um den Zündungsbereich herum und in unmittelbarer Nähe des radioaktiven Strahlers und zumindest teilweise von diesem angestrahlt, ein weiterer, gleichmäßig verteilter Werkstoff angebracht ist, dessen Sekundäremission ganz allgemein aus einer ionisierenden Teilchenstrahlung und/oder aus einer ionisierenden elektromagnetischen Strahlung besteht.Device according to claims 9 to 12, characterized characterized in that around the ignition area and in close to the radioactive radiator and at least partially illuminated by this, another, evenly distributed material is attached, its secondary emission in general from an ionizing particle radiation and / or consists of an ionizing electromagnetic radiation. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Anbringung eines weiteren Werkstoffes zur Sekundäremission von ionisierender Teilchenstrahlung und/oder ionisierender elektromagnetischer Strahlung verzichtet werden kann, falls der Werkstoff der Elektroden und/oder der Werkstoff des sie trennenden Isolators bereits von sich aus derartige Eigenschaften besitzen.Device according to one or more of claims 9 to 13, characterized in that the attachment of a further material for the secondary emission of ionizing Teilchenstrah ment and / or ionizing electromagnetic radiation can be dispensed with, if the material of the electrodes and / or the material of the insulator separating them already have such properties of their own accord. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoffe für radioaktive Strahlung und Sekundäremission von ionisierender Teilchenstrahlung und/oder ionisierender elektromagnetischer Strahlung räumlich von einander getrennt oder mit einander vermischt im Plasmabeschleuniger angebracht sind.Device according to one or more of the claims 9 to 13, characterized in that the materials for radioactive radiation and secondary emission of ionizing Particle radiation and / or ionizing electromagnetic radiation spatially separated or mixed with each other are mounted in the plasma accelerator. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der radioaktive Werkstoff um den Zündungsbereich über eine flächige Beschichtung oder einen flächigen Anstrich gleichmäßig verteilt ist.Device according to one or more of the claims 9 to 15, characterized in that the radioactive material around the firing range over a plane Coating or a flat coat evenly is distributed. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der radioaktive Werkstoff um den Zündungsbereich über eine Anzahl diskreter radioaktiver Bauteile, wie zum Beispiel Stifte oder Schrauben, gleichmäßig verteilt ist.Device according to one or more of the claims 9 to 15, characterized in that the radioactive material around the firing range over a number of discrete radioactive components, such as pins or screws, evenly is distributed. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der radioaktive Werkstoff derart ausgesucht und seine Anfangsaktivität derart ausgelegt werden, dass die infolge des radioaktiven Zerfalls verminderte Restaktivität am Ende der vorgesehenen Nutzungsdauer, bei Weltraumantrieben die Missionsdauer und bei terrestrischen Anwendungen das Wartungsintervall, immer noch eine zuverlässige und gleichmäßige Zündung ermöglicht.Device according to one or more of the claims 9 to 17, characterized in that the radioactive material so selected and designed its initial activity so be that the decreased residual activity due to radioactive decay at the end of the intended service life, for space propulsion the Mission duration and in terrestrial applications the maintenance interval, always still a reliable and even ignition allows. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfangsaktivität des radioaktiven Strahlers derart ausgelegt wird, dass bei angelegter Betriebsspannung in der vorgesehenen Höhe und in Abwesenheit des Arbeitsgases sowie im Zusammenspiel mit der gegebenenfalls vorhandenen Sekundäremission keine zerstörerische Vakuumentladung ausgelöst wird.Device according to one or more of the claims 9 to 18, characterized in that the initial activity of the radioactive radiator is designed such that when applied Operating voltage at the intended height and in the absence of Working gas and in conjunction with the possibly existing Secondary emission no destructive vacuum discharge is triggered. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden in der Nähe des Zündungsbereiches derart geformt sind, dass die angelegte Betriebsspannung ein lokales elektrisches Feld erzeugt, welches die radioaktive Strahlung und die gegebenenfalls von der radioaktiven Strahlung erzeugte Sekundäremission von ionisierenden Teilchenstrahlen auf den Zündungsbereich fokussiert.Device according to one or more of the claims 9 to 19, characterized in that the electrodes in the vicinity of the ignition region are shaped such that the applied Operating voltage generates a local electric field, which the radioactive radiation and, if necessary, the radioactive Radiation generated secondary emission of ionizing particle beams focused on the firing range. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur gesteuerten Zufuhr von Arbeitsgas verwendet wird, bestehend aus vorzugsweise einem schnellen Gasventil mit vorzugsweise mehreren nachgeschalteten und auf den Zündungsbereich hin ausgerichteten Auslasskanälen zur möglichst gleichförmigen Verteilung des Arbeitsgases in den Zündungsbereich.Device according to one or more of the claims 9 to 20, characterized in that a means for controlled Supply of working gas is used, consisting of preferably a fast gas valve with preferably several downstream and exhaust ducts aligned with the firing area for the most uniform possible distribution of the working gas in the ignition area. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das schnelle Gasventil zur gesteuerten Zufuhr des Arbeitsgases in den Zündungsbereich bei kontinuierlich betriebenen magnetodynamischen und elektrothermischen Plasmabeschleunigern in das Regelventil zur Einstellung der vorgesehenen Verbrauchs an Arbeitsgas integriert ist.Device according to one or more of the claims 9 to 21, characterized in that the fast gas valve for controlled supply of the working gas in the ignition area in continuously operated magnetodynamic and electrothermal Plasma accelerators in the control valve to adjust the provided Consumption of working gas is integrated. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass bei gepulsten magnetodynamischen Plasmabeschleunigern die Einrichtung zur Zufuhr von Arbeitsgas diskontinuierlich arbeitet und aus vorzugsweise einem schnellen Gasventil mit einer vorgeschalteten Vorratskammer zur Aufnahme der für einen Puls vorgesehenen Menge an Arbeitsgas unter dem vorgesehenen Druck sowie vorzugsweise mehreren nachgeschalteten, identischen oder strömungsmechanisch gleichwertigen, auf den Zündungsbereich hin ausgerichteten Auslasskanälen besteht, zur möglichst gleichförmigen und gleichzeitigen Verteilung des Arbeitsgases in den Zündungsbereich.Device according to one or more of the claims 9 to 22, characterized in that in pulsed magnetodynamic Plasma intermittently accelerates the means for supplying working gas works and preferably a fast gas valve with a upstream storage chamber for receiving the for a Pulse provided amount of working gas under the intended pressure and preferably a plurality of downstream, identical or flow-mechanically equivalent, directed to the firing range outlet channels exists as uniformly and simultaneously as possible Distribution of the working gas in the ignition area. Verfahren und Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsweise nicht von der Anregungsart des schnellen Gasventils abhängt, ob elektrisch, magnetisch, mechanisch, pneumatisch oder eine Kombination dieser Anregungsarten.Method and device according to the claims 1 to 24, characterized in that the functioning is not depends on the type of excitation of the fast gas valve, whether electric, magnetic, mechanical, pneumatic or a combination these types of stimulation.
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