DE1564965B1

DE1564965B1 - Device for generating a beam of electrically charged, multiply accelerated liquid metal droplets

Info

Publication number: DE1564965B1
Application number: DE19661564965
Authority: DE
Inventors: Edmund Steven Westmont 111. Sowa (V.St.A.)
Original assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Current assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Priority date: 1965-04-06
Filing date: 1966-04-02
Publication date: 1969-09-11
Also published as: BE679106A; GB1085485A; US3341720A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeu- Polarität den Beschleuniger verlassen. Die Nettogung eines Strahles von elektrisch geladenen Flüssig- Aufladungsanhäufung des beschleunigten Materials metalltropfen mit einem Behälter für das flüssige soll vernachlässigbar sein. Es soll weiterhin die Mög-Metall, einer röhrenartigen, mit dem Behälter in lichkeit bestehen, die Quelle für die aufgeladenen Verbindung stehenden Einrichtung zur Erzeugung 5 Tröpfchen und die Beschleunigungskammer im der Flüssigmetalltropfen, mehreren auf einer einer wesentlichen bei Umgebungs- bzw. Raumtemperagemeinsamen Achse nebeneinander angeordneten türen arbeiten zu lassen.The invention relates to a device for generating polarity leaving the accelerator. The net attraction a beam of electrically charged liquid charge accumulation of the accelerated material metal drop with a container for the liquid is said to be negligible. It should continue to be the Mög-Metall, a tube-like, with the container in possibility exist, the source for the charged Connected device for generating 5 droplets and the acceleration chamber in the the liquid metal droplets, several common to one of a substantial amount at ambient or room temperature Axis side by side doors to work.

Beschleunigungselektroden, zwischen denen elek- Zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegendenAcceleration electrodes, between which elec- To solve the underlying invention

irische Felder vorhanden sind, die die Flüssigmetall- Aufgabe ist die Vorrichtung erfindungsgemäß datropfen mehrfach beschleunigen, von denen die erste io durch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungs-Elektrode der Austrittsöffnung für die Flüssigmetall- elektroden an eine Wechselspannungsquelle angetropfen in der röhrenartigen Einrichtung unmittelbar schlossen sind, die eine geerdete und zwei entgegenbenachbart ist. gesetzt gepolte Anschlußklemmen aufweist, daßIrish fields are present, which the liquid metal task is to drop the device according to the invention accelerate several times, of which the first io characterized by that the acceleration electrode the outlet opening for the liquid metal electrodes dripped onto an alternating voltage source are immediately closed in the tube-like device, one grounded and two opposite one another is. set polarized terminals that

Die Erzeugung von aufgeladener, partikelförmiger einander unmittelbar benachbarte Beschleunigungs-Materie ist Gegenstand vielfältiger neuerer For- 15 elektroden jeweils mit den beiden entgegengesetzt schungsbemühungen (s. dazu »Quest for Heavy Par- gepolten Anschlußklemmen der Wechselspannungsticle Electric Propulsion«, R. E. Hunter, Advanced quelle verbunden sind, daß der Abstand der Be-Propulsion Concepts, Gordon and Breach, 1963, schleunigungselektroden voneinander mit zunehmen-Bd. 1, S. 19, und die im Anschluß an diesen Artikel dem Abstand von der röhrenförmigen Einrichtung angegebenen Hinweise). Die bisher auf diesem Ge- 20 entsprechend der Geschwindigkeitszunahme derFlüsbiet vorliegenden Ergebnisse haben jedoch noch sigmetalltropfen zunimmt und daß die röhrenförviele zu überwindende Hindernisse übriggelassen. mige Einrichtung geerdet ist.The generation of charged, particulate immediately adjacent accelerating matter is the subject of a variety of newer form electrodes, each with the two opposite research efforts (see »Quest for Heavy Par- pole terminals of the AC voltage sticle Electric Propulsion, "R. E. Hunter, Advanced Source That The Distance of Be-Propulsion Concepts, Gordon and Breach, 1963, Accelerating Electrodes Increasing Each Other - Vol. 1, p. 19, and the distance from the tubular device following this article given notes). So far on this area 20 corresponding to the increase in speed of the flow area However, available results have still increased sigmetalldrop and that the tubular volume obstacles to be overcome left. the facility is grounded.

BeibekanntenTeilchenbeschleunigernivgl.zumBei- Bei der vorliegenden Vorrichtung sind die Bespiel USA.-Patentschriften 3 122 882 und 3 173 246) schleunigungselektroden in einer Linie angeordnet, werden kolloidale Partikeln in einem elektrostati- 25 wobei der Abstand zwischen den Elektroden von der sehen Feld beschleunigt, die jeweils nur eine Polari- ersten zu der letzten. Elektrode jeweils wächst. Die tat aufweisen, was zur Folge hat, daß nur Partikeln ersten, dritten, fünften Elektroden usw. und die zweimit einer einzigen Polarität den Beschleuniger ver- ten, vierten Elektroden usw. sind jeweils zusammenlassen, geschlossen, wobei eine WechselspannungsquelleIn the case of known particle accelerators, the example is in the case of the present device U.S. Patents 3,122,882 and 3,173,246) acceleration electrodes arranged in a line, are colloidal particles in an electrostatic 25 with the distance between the electrodes from the see field accelerated, each only one polar- first to the last. Electrode grows each time. the did have, with the result that only particles first, third, fifth electrodes, etc. and the two with a single polarity the accelerator, fourth electrodes etc. are left together, closed, with an AC voltage source

Wenn ein elektrisches Gleichstromfeld verwendet 30 zur Erregung der Elektroden verwendet wird, indem wird, um aufgeladene, partikelförmige Materie zu die eine Polarität der Quelle an einen zu einer gebeschleunigen, ist eine Netto-Aufladungsanhäufung meinsamen Gruppe zusammengefaßten Satz von in dem beschleunigten Material, bezogen auf das Be- Elektroden und die andere Polarität der Kraftquelle schleunigungsfeld, die. Folge. Jeder Versuch, dieses an den zweiten Satz von zu einer gemeinsamen Spannungsdifferentiai zu neutralisieren, hat die Hin- 35 Gruppe zusammengefaßten Elektroden angeschloszufügung von zusätzlichen Bauelementen zu der Be- sen sind. Im Betrieb bewegen sich elektrische Felder schleunigungsanlage und die Verminderung des Ge- wechselnder Polarität entlang der durch die Eleksamtwirkungsgrades der Anlage zur Folge (s. »Elec- troden bestimmten Linie. Das Feld ist ähnlich den trie Propulsion«, Ernst Stuhlinger, Electrical elektrischen Feldern, welche in Linearbeschleuni-Engineering, Bd. 82, 1963, S. 459). 40 gung erzeugt werden (s. dazu »Particle Accelerators«,If a direct current electric field is used to excite the electrodes is used by 30 is used to accelerate charged, particulate matter to one polarity of the source to one to one, is a net accumulation of common group aggregated set of in the accelerated material, based on the loading electrode and the other polarity of the power source acceleration field that. Episode. Every attempt at this on the second set of to become a common To neutralize voltage differences, the group of electrodes has to be added of additional components to the broom. Electric fields move during operation acceleration system and the reduction of the alternation of polarity along the line due to the electrical efficiency the system (see »Electrode-specific line. The field is similar to the trie Propulsion «, Ernst Stuhlinger, Electrical electrical fields, which in linear acceleration engineering, Vol. 82, 1963, p. 459). 40 generation (see »Particle Accelerators«,

Eine weitere Schwierigkeit bei der Anwendung Livingstone und Bleweet, Mc. Graw Hill eines nicht zeitabhängigen Feldes zur Beschleunigung [1962], Kapitel 10). Die Flüssigmetalltröpfchen wervon aufgeladenen Partikeln liegt in der Erzeugung den mittels einer der ersten benachbarten röhrenvon Gleichstromfeldern hoher Intensität. förmigen Einrichtung in Form einer Düse gebildet.Another difficulty in applying Livingstone and Bleweet, Mc. Graw Hill a non-time-dependent field for acceleration [1962], Chapter 10). The liquid metal droplets were of charged particles lies in the generation of the by means of one of the first adjacent tubes of High intensity direct current fields. shaped device formed in the form of a nozzle.

In der deutschen Patentschrift 705 879 ist ein 45 Wenn die Elektrode an die Kraftquelle angeschlossen Ionenbeschleuniger beschrieben, bei dem die auf- ist, erfolgt durch Influenzwirkung eine Aufladung geladenen Teilchen ebenfalls jeweils nur eine Polari- des sich gerade bildenden Tröpfchens, wobei diese tat aufweisen. Ladung von zur Elektrode entgegengesetzter Polari-In the German patent specification 705 879 a 45 Wenn the electrode is connected to the power source Ion accelerator described, in which the is on, a charge takes place through the influence of the influence charged particles also only have one polar of the droplet that is just forming, whereby this did show. Charge from polar opposite to the electrode

Bei den bekannten^ mit Ionen oder Plasma arbei- tat ist. Die Tröpfchen werden dann in Richtung auf tenden Beschleunigern bringt die Bildung von Ionen- 50 die die Aufladung bewirkende Elektrode hin be- oder Plasmaquellen schwierige technische Probleme schleunigt und von da aus weiter durch das elekmit sich, da diese Quellen gewöhnlich unter extremen irische Wanderfeld. Wenn die erste Gruppe von Temperaturbedingungen arbeiten und eine ausrei- Tröpfchen die erste Elektrode passiert, wechselt die chende Abschirmung erfordern, wenn Kernstrahlung Polarität der Quelle, so daß das Feld zwischen jeverwendet wird, um die aufgeladene Masse zu er- 55 weils benachbarten Elektroden umgekehrt wird, zeugen. Weiterhin muß bei Systemen, die zur Be- Diese erste Tröpfchengrappe wird dann von der schleunigung von Ionen konstruiert sind, das elek- zweiten Elektrode angezogen, während die erste Elektrische Feld die Ionen auf eine höhere Geschwindig- trode sowohl diese erste Gruppe abstößt und eine keit beschleunigen, als es bei schweren Partikeln der Ladung entgegengesetzter Polarität in einer zweiten Fall ist, um den gleichen Schub zu erzeugen, und 60 Gruppe von sich an der Düse bildenden Tröpfchen zwar als Folge der verhältnismäßig geringen Masse bewirkt. Die zweite Gruppe von Tröpfchen wird dann der Ionen. in Richtung auf die erste Elektrode hin beschleunigt.With the known ^ work with ions or plasma is. The droplets are then directed towards the formation of ions leads to the formation of ions 50 which cause the charging electrode. or plasma sources difficult technical problems and from there on through the elekmit itself, as these springs are usually under extreme Irish moving field. When the first group of Temperature conditions work and a sufficient droplet passes the first electrode, the changes Require appropriate shielding if nuclear radiation polarity of the source so that the field between each is used is used to reverse the charged mass by reversing the adjacent electrodes, witness. Furthermore, in systems that are used for loading this first droplet group is then from the Acceleration of ions are constructed, the elec- tric second electrode is attracted, while the first electric Field the ions at a higher velocity electrode repels both this first group and one speed than is the case with heavy particles of opposite polarity in a second Case is to produce the same thrust, and 60 groups of droplets forming at the nozzle caused as a result of the relatively small mass. The second group of droplets will then of ions. accelerated towards the first electrode.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Der Abstand zwischen benachbarten Elektroden wird eingangs bezeichnete Vorrichtung so zu gestalten, durch die Frequenz und Amplitude der Wechseldaß bei der Verwendung als Schuberzeuger die Not- 65 stromquelle und das Verhältnis Ladung zu Masse, wendigkeit entfällt, die Ladung der beschleunigten d.h. durch die spezifische Ladung der Tröpfchen, Partikeln zu neutralisieren, was in der Regel dann bestimmt, so daß auf die Tröpfchen eine in einer erforderlich ist, wenn nur Teilchen einer einzigen Richtung wirkende Kraft ausgeübt wird. Der Ab-The invention is based on the object that the distance between adjacent electrodes is To make the device referred to above, through the frequency and amplitude of the Wechseleldaß when used as a thrust generator, the emergency power source and the 65 charge-to-mass ratio, No maneuverability, the charge of the accelerated i.e. by the specific charge of the droplets, Particles to neutralize what is usually then determined, so that on the droplets one in one is required when a force acting only on particles in a single direction is exerted. From the-

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stand zwischen den Elektroden wächst an, um das schriebenen Vorrichtung die als NaK bekannteStanding between the electrodes grows to the device known as NaK

Anwachsen der Geschwindigkeit der Tröpfchen zu eutektische Legierung von Natrium und Kalium ist,Increase in the speed of the droplets to form a eutectic alloy of sodium and potassium,

kompensieren. Auf diese Weise emittiert die letzte wird in dem Behälter 30 aufbewahrt. Das NaK wirdcompensate. In this way the last emitted is kept in the container 30. The NaK will

Elektrode einen angetriebenen Strahl bzw. ein ange- dem Rohrstutzen 18 bei der Öffnung 28 über eine triebenes Bündel von aufgeladenen Flüssigmetall- 5 biegsame Leitung 32 zugeführt,Electrode a driven beam or a different pipe socket 18 at the opening 28 via a driven bundle of charged liquid metal 5 flexible line 32 supplied,

tropfen, wobei aufeinanderfolgende Entladungsstöße An den Rohrstutzen 18 ist mechanisch der Um-drop, with successive bursts of discharge on the pipe socket 18 is mechanically the

jeweils Tröpfchen entgegengesetzter Polarität ent- former 33 gekuppelt, um an die Erregerkontakte 36in each case droplets of opposite polarity demold 33 coupled to the excitation contacts 36

halten. des Umformers 33 angelegte elektrische Ultraschall-keep. of the converter 33 applied electrical ultrasonic

Durch die Verwendung von Tröpfchen, welche energie in mechanische Schwingungen des Rohreine größere Masse als Ionen haben, wird die Ge- io Stutzens umzuformen. Eine auf diese Weise dem schwindigkeit, auf welche die aufgeladenen Teilchen Rohrstutzen 18 erteilte Ultraschallschwingung trägt beschleunigt werden müssen, um einen vorgegebenen dazu bei, Tröpfchen von gleichmäßigerem DurchSchub zu erzeugen, bedeutsam verringert. messer an der Mündung 16 zu erzeugen.Through the use of droplets, which convert energy into mechanical vibrations of the pipe have a greater mass than ions, the geio will reshape the nozzle. One this way that speed at which the charged particles pipe socket 18 carries ultrasonic vibration need to be accelerated to a given level in order to produce droplets of more even flow to produce, significantly reduced. to produce knife at the mouth 16.

Sofern die Tröpfchen einmal auf eine ausreichende Die elektrische Energie, welche benötigt wird, um Geschwindigkeit beschleunigt sind, kann die kine- 15 eine Aufladung der Tröpfchen zu bewirken und dieProvided the droplets are once at a sufficient level of the electrical energy that is needed to generate Speed are accelerated, the kine- 15 can cause a charge of the droplets and the

tische Energie der Tröpfchen außer der Sehuberzeu- Tröpfchen zu beschleunigen, wird an die Anschluß-To accelerate the energy of the droplets other than the visual droplets, the connection

gung auch für andere Zwecke verwendet werden. klemmen 22 eines Aufwärtstransformators 20, d. h.can also be used for other purposes. clamp 22 of a step-up transformer 20, i. H.

Ein derartiger Verwendungszweck liegt darin, ein eines Transformators mit einem Übersetzungsverhält-One such purpose is to use a transformer with a gear ratio

sehr hohes Gleichspannungspotential zu erzeugen, nis > 1, angelegt. Die Sekundärwicklung des Trans-to generate very high DC voltage potential, nis> 1, created. The secondary winding of the trans-

was in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch 20 formators 20 weist einen Mittelabgriff 25 auf, wel-what in a further embodiment of the invention thereby 20 formator 20 has a center tap 25, wel-

erfolgt, daß ein elektrostatisches Feld senkrecht zu eher geerdet ist. Die Entnahmeklemmen 24 desoccurs that an electrostatic field is grounded perpendicular to rather. The removal terminals 24 des

dem von der letzten Beschleunigungselektrode her- Transformators 20 sind über Strombegrenzungs-the transformer 20 from the last acceleration electrode are over current limiting

kommenden Tropfenstrahl vorhanden ist, welches widerstände 26 an die Elektrodentragstangen 14 bzw.Coming jet of droplets is present, which resistors 26 to the electrode support rods 14 or

den Strahl durchsetzt und aufeinanderfolgende, un- 15 angeschlossen. Der Rohrstutzen 18 ist ebenfallsthe beam penetrates and successive, un- 15 connected. The pipe socket 18 is also

gleichnamig aufgeladene Tropfen voneinander trennt, 25 geerdet, so daß er und die Masse des NaK auf einemdrops of the same name are separated from each other, 25 grounded, so that it and the mass of NaK are on one

so daß zwei auseinanderstrebende Strahlen gleich- konstanten Potential gehalten wird,so that two diverging beams are kept at the same constant potential,

namig aufgeladener Tropfen aus dem elektrostati- Wenn Erregerspannung den Anschlußklemmen 22named charged drop from the electrostatic If excitation voltage the terminals 22

sehen Feld heraustreten, und daß eine erste Behälter- des Transformators 20 zugeführt wird, bewirkt diesee field step out, and that a first container of the transformer 20 is fed, causes the

anordnung vorgesehen ist, die die Tropfen des einen der Mündung 16 benachbarte Elektrode 8 eine Auf-arrangement is provided that the drops of the one of the mouth 16 adjacent electrode 8 an up-

der auseinanderstrebenden Strahlen aufnehmen, wäh- 30 ladung der an der Mündung 16 gebildeten bzw. sichabsorb the diverging rays, select the charge formed at the mouth 16 or become

rend eine zweite, von der ersten Behälteranordnung bildenden Flüssigmetalltröpfchen. Die Polarität die-rend a second liquid metal droplet formed by the first container arrangement. The polarity the-

elektrisch isolierte Behälteranordnung vorgesehen ist, ser Aufladung ist der Polarität der Elektrode 8 ent-electrically insulated container arrangement is provided, this charge is dependent on the polarity of the electrode 8

die die Tropfen des anderen auseinanderstrebenden gegengesetzt.which opposed the drops of the other diverging.

Strahls aufnehmen. Unter der Voraussetzung, daß die Elektrodentrag-Record the beam. Provided that the electrode support

Die kinetische Energie der Tröpfchen wird dazu 35 stange 14 durch den Transformator 20 positiv erregt verwendet, die Abstoßungskraft zu überwinden, wird, sind die Elektroden 8 und 10, bezogen auf welche durch die in gleicher Weise aufgeladenen Be- Masse, ebenfalls positiv. Zur gleichen Zeit sind die hälter ausgeübt wird. Wenn die Tröpfchen in den Elektroden 9 und 11, bezogen auf Masse, negativ. Behältern aufgefangen bzw. gesammelt werden, sam- Die Elektrode 8, welche der Mündung 16 am nächmein sich Ladungen entgegengesetzter Polarität in 40 sten liegt, wirkt während der Tröpfchenbildung so, den entsprechenden Behältern an, und ein beträcht- daß positive Ladungen von der Mündung 16 abgeliches stabiles Spannungsdifferential baut sich zwi- stoßen und Elektronen zu der Mündung 16 hingeschen den beiden Behältern auf. zogen werden. Solange die Elektrode 8 positiv ist,The kinetic energy of the droplets is for this purpose 35 rod 14 excited by the transformer 20 positively being used to overcome the repulsive force, electrodes 8 and 10 are based on which by the loading mass charged in the same way, also positive. At the same time they are container is exercised. If the droplets in electrodes 9 and 11, with respect to ground, are negative. Containers are collected or collected, the electrode 8, which of the mouth 16 next charges of opposite polarity lie in 40 th, acts during the droplet formation in such a way that the corresponding containers, and a considerable amount of positive charges off the mouth 16 A stable voltage differential builds up between the collision and electrons flow to the mouth 16 the two containers. be pulled. As long as electrode 8 is positive,

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher werden Tröpfchen mit einer negativen NettoladungThe invention will become more detailed with reference to the drawing. Droplets with a net negative charge

erläutert, welche in schematischer beispielhafter 45 gebildet. Diese Ladung bewirkt dann, daß das gebil-explained which is formed in schematic exemplary 45. This charge then causes the formed

Weise die Anwendung der vorliegenden Vorrichtung dete Tröpfchen von der negativ aufgeladenen Mün-Way, the application of the present device removed droplets from the negatively charged coin

zur Gleichspannungserzeugung wiedergibt. dung 16 abgestoßen und zur Elektrode 8 infolge derreproduces for direct voltage generation. training 16 repelled and to the electrode 8 as a result of

Entsprechend der Zeichnung bestehen die Elek- Anziehungskraft entgegengesetzter Ladungen ange-According to the drawing, the electrostatic attraction of opposing charges exists.

troden 8, 9,10 und 11 aus Metallröhren, welche, ein zogen wird. Während eines Halbzyklus der an dieTroden 8, 9,10 and 11 made of metal tubes, which will be drawn. During a half cycle of the

Toroid bildend, zu einem Kreis gebogen sind. Die 50 Anschlußklemmen 22 angelegten WechselspannungForming a toroid, are curved into a circle. The 50 terminals 22 applied alternating voltage

Elektroden 8, 9, 10 und 11 werden durch Befesti- werden mehrere solcher Tröpfchen gebildet. DieseElectrodes 8, 9, 10 and 11 are formed by attaching a plurality of such droplets. These

gungsarmeli und 13 an ihrem Platz gehalten. Die negativ aufgeladenen Tröpfchen werden als einegungsarmeli and 13 held in place. The negatively charged droplets are considered to be one

Metallarme 12 und 13 sind an Elektrodentragstangen Gruppe von der Elektrode 8 angezogen.Metal arms 12 and 13 are attracted to electrode support rods group of electrode 8.

14 bzw. 15 befestigt, welche ebenfalls aus Metall Wenn die an den Transformator 20 angelegte14 or 15 attached, which are also made of metal When the applied to the transformer 20

bestehen. Die Arme 12 und 13 sind derart justiert, 55 Erregerspannung die Phase wechselt, bricht das durchexist. The arms 12 and 13 are adjusted in such a way that if the excitation voltage changes phase, it breaks

daß die Mittelpunkte aller toroidförmigen Elektro- die Elektroden 8, 9, 10 und 11 gebildete Feld zu-that the center points of all toroidal electrodes - the electrodes 8, 9, 10 and 11 form the field -

den8, 9, 10 und 11 in einer geraden Linie liegen, sammen, und der Impuls dieser ersten Gruppe vonden8, 9, 10 and 11 lie in a straight line, together, and the momentum of this first group of

welche senkrecht zur Ebene des Toroids verläuft. negativ aufgeladenen Tröpfchen trägt die Gruppewhich is perpendicular to the plane of the toroid. The group carries negatively charged droplets

Die Elektroden 8, 9, 10 und 11 sind mit immer grö- durch die Öffnung der toroidförmigen Elektrode 8.The electrodes 8, 9, 10 and 11 are always larger due to the opening of the toroidal electrode 8.

ßer werdenden Zwischenräumen voneinander an- 60 Die Elektrode 8 nimmt dann ein negatives Potential60 The electrode 8 then assumes a negative potential

geordnet, aus Gründen und in einer Weise, auf die an und stößt diese erste Gruppe von aufgeladenenordered, for reasons and in a way that at and bumps into this first group of charged

später noch eingegangen wird. Teilchen von sich ab, wobei die Elektrode 8 zurwill be discussed later. Particles from itself, the electrode 8 for

Auf der durch die Mittelpunkte der toroidförmi- gleichen Zeit eine positive Ladung in den jetzt anOn the by the midpoints of the toroidal- same time a positive charge in the now at

gen Elektroden 8, 9, 10 und 11 verlaufenden geraden der Mündung 16 sich bildenden Tröpfchen bewirkt.gene electrodes 8, 9, 10 and 11 extending straight of the mouth 16 causes droplets to form.

Linie liegt weiterhin Auslaßöffnung 16 einer röhren- 65 Die Elektrode 9 ist zu diesem Zeitpunkt positiv undThe line continues to lie the outlet opening 16 of a tubular 65 The electrode 9 is positive at this point in time and

förmigen Einrichtung in Form eines Rohrstutzens 18, zieht die erste Gruppe von sich zwischen den Elek-shaped device in the form of a pipe socket 18, pulls the first group of itself between the elec-

wo die Tröpfchen aus flüssigem Metall gebildet wer- troden 8 und 9 bewegenden Tröpfchen an. Da diewhere the droplets are formed from liquid metal, 8 and 9 encounter moving droplets. Since the

den. Das flüssige Metall, welches in der hier be- Tröpfchen zwischen den Elektroden beschleunigtthe. The liquid metal that accelerates the droplets between the electrodes

werden, tritt eine Erhöhung der Geschwindigkeit der Masse, was einen maximalen Wert Spitze—Spitze Tröpfchen ein. Der Abstand der Elektroden 8, 9, 10 von 8460 V zwischen den Elektroden ergibt. Die und 11 voneinander ist derart, daß das dadurch er- Frequenz der an den Transformator 20 angelegten zeugte elektrische Feld eine gleichgerichtete Be- Spannung betrug für den oben angegebenen Elekschleunigungskraft auf die zwischen den Elektroden 5 trodenabstand und den angelegten Spannungswert wandernden bzw. sich bewegenden aufgeladenen 15 Perioden pro Sekunde. Die Tröpfchengröße lag Tröpfchen ausübt. Das Feld ist, während die Polari- in der Ordnung von 0,5 mm im Durchmesser. Die tat der Elektroden 8, 9, 10 und 11 sich ändert, ver- von dem Umwandler 33 herrührende Ultraschallnachlässigbar, und die Tröpfchen treten durch die erregung war auf eine Frequenz von 20 000 Perioden Mittelpunkte der Elektroden 8, 9, 10 und 11 hin- io pro Sekunde festgesetzt. Bei diesen Werten der durch. Der Effekt ist eine in einer Richtung auf die Systemparameter wurden aus fünf bis zehn Tröpf-Tröpfchen wirkende Kraft, indem ein elektrisches chen je Halbzyklus bestehende Gruppen auf eine Feld simuliert wird, welches von der Mündung 16 Geschwindigkeit beschleunigt, welche an der zweientlang den Elektroden 8, 9,10 und 11 mit der glei- ten Elektrode 9 etwa 5,913 m/Sek. betrug. Daraus ehen Geschwindigkeit wie die Tröpfchen wandert, 15 läßt sich ableiten, daß die Endgeschwindigkeit anwobei die vergrößerten Zwischenräume zwischen den nähernd 18,288 m/Sek. betrag.
Elektroden», 9, 10 und 11 entlang der Bewegungs- Nach Kompensierung der Anfangsgeschwindigkeit,there is an increase in the velocity of the mass, resulting in a maximum value tip-tip droplets. The distance of the electrodes 8, 9, 10 of 8460 V between the electrodes results. The and 11 of each other are such that the resulting frequency of the electric field applied to the transformer 20 was a rectified voltage for the above-mentioned electrical acceleration force on the charged moving or moving between the electrodes 5 electrode spacing and the applied voltage value 15 periods per second. The droplet size lay droplet exerts. The field, while the polar- is on the order of 0.5 mm in diameter. The action of electrodes 8, 9, 10 and 11 changes, the ultrasound coming from the transducer 33 is negligible, and the droplets emerge as a result of the excitation was at a frequency of 20,000 periods. set io per second. With these values the through. The effect is a force acting on the system parameters in one direction from five to ten droplets, by simulating an electrical group consisting of groups per half cycle on a field, which accelerates the speed of the orifice 16, which at the two along the electrodes 8 , 9, 10 and 11 with the sliding electrode 9 approx. 5.913 m / sec. fraud. From this before the speed of how the droplets migrate, 15 it can be deduced that the final speed is the enlarged gaps between the approx. 18.288 m / sec. amount.
Electrodes », 9, 10 and 11 along the movement After compensating the initial speed,

bzw. Fluglinie das durch die Beschleunigung der welche von der Kraft abhängt, die durch den zwi-Tröpfchen hervorgerufene Anwachsen derGeschwin- sehen der unter Atmosphärendruck stehenden Na& digkeit der Tröpfchen kompensiert. ao Quelle und dem Unterdruck innerhalb des glocken-or flight line that by the acceleration of which depends on the force exerted by the two droplets caused increase in the speed of the Na & the droplets are compensated for. ao source and the negative pressure within the bell-shaped

Das durch die Elektroden 8, 9,10 und 11 erzeugte förmigen Gefäßes herrschenden Druckunterschied elektrische Feld ist dem wandernden Feld ähnlich, erzeugt wird, betrug die effektive Beschleunigung auf welches in Linearbeschleunigern, wie eingangs er- die Tröpfchen unter der kombinierten Wirkung des wähnt, verwendet wird. Wenn das Feld jedoch durch elektrischen Feldes und der Schwerkraft auf dem eine Wechselstromquelle erregt wird, ist es peri- 25 Wege von der Mündung 16 zu der Elektrode 9 odisch oszillierend, bezogen auf die Zeit an jedem 563,88 m/Sek.².The pressure difference in the electrical field produced by the electrodes 8, 9, 10 and 11 is similar to the wandering field, which is generated, was the effective acceleration to which in linear accelerators, as mentioned at the beginning, the droplets are used under the combined effect of will. However, when the field is excited by an electric field and gravity on an alternating current source, it is peri- odically oscillating from the orifice 16 to the electrode 9, based on the time at each 563.88 m / sec. ² .

Punkt zwischen den Elektroden. Der Abstand zwi- Wenn die Vorrichtung als ein Schuberzeuger verschen den Elektroden 8, 9, 10 und 11 ist in Bezie- wendet wird, z. B. als eine Vortriebsmaschine für hung zu der Frequenz und Amplitude der an den ein Raumfahrzeug, würde die auf die Tröpfchen ausTransformator angelegten Erregerspannung und dem 30 geübte Kraft in der entgegengesetzten Richtung auf Verhältnis von Masse zu Ladung der Flüssigmetall- die gesamte Vorrichtung zur Anwendung kommen, tröpfchen gesetzt bzw. davon abhängig, um die in Auf der Grundlage der obigen Ergebnisse betrüge einer Richtung auf die Tröpfchen wirkende Kraft zu der Schub pro Zeiteinheit etwa 8 · 10~⁶ · 0,454 kg erzeugen. pro Tröpfchen pro Sekunde, und jedes TröpfchenPoint between the electrodes. The distance between the electrodes 8, 9, 10 and 11 is when the device is used as a thrust generator, e.g. B. as a propulsion machine for increasing the frequency and amplitude of a spacecraft, the excitation voltage applied to the droplets from the transformer and the force exerted in the opposite direction to the ratio of mass to charge of the liquid metal - the entire device would be used On the basis of the above results, one direction would be the force acting on the droplets to ^{generate the thrust per unit of time about 8 x 10 ~ 6} x 0.454 kg. per droplet per second, and each droplet

Die Mündung 16, bei welcher die Tröpfchen ge- 35 würde eine kinetische Endenergie von 1 · 10~⁶ mkp bildet werden, die Elektroden 8, 9, 10 und 11, die haben. Bei der Anwendung für Raumfahrtszwecke Elektrodenbefestigungsarme 12 und 13 und die könnte das glockenförmige Gefäß natürlich am Bounteren Teile der Elektrodentragstangen sind in den geöffnet sein oder völlig fehlen. Wie bereits ereinem glockenförmigen Gefäß 39 untergebracht, wel- wähnt, würde keine Notwendigkeit bestehen, die ches durch eine Vakuumpumpe 38 evakuiert ist. Es 40 Ladung auf den Tröpfchen zu neutralisieren, wenn ist herausgefunden worden, daß ein Druck von 10~³ sie aus der Vorrichtung ausgestoßen werden, da die bis ΙΟ"⁵ Torr für ein erfolgreiches Arbeiten der Vor- folgende Gruppe von Tröpfchen die entgegengesetzte richtung geeignet ist. Der Zweck des Vakuums liegt Ladung aufweisen würde und die Ladung auf der darin, eine Bogenentladung zwischen den Elektroden ersten Gruppe neutralisieren würde. Darin liegt ein und zwischen Tröpfchen und Elektroden zu verhin- 45 wesentlicher Vorteil gegenüber Ionenmaschinen, bei dem. Strombegrenzungswiderstände 26 liegen mit denen das Treibmittel eine Ladung von einer Polariden Entnahmeklemmen 24 des Transformators in tat hat. Durch Beschleunigung der Tröpfchen über Reihe, um den Stromfluß zu verringern, wenn Lieht- einen längeren Weg könnte natürlich eine größere bogenbildung auftritt. Kraft erzeugt werden, wodurch der Schwerkraft-The mouth 16 at which the droplets would overall 35 forms a kinetic final energy of 1 × 10 ^-6 mkp, the electrodes 8, 9, 10 and 11 which have. When used for aerospace purposes, the electrode mounting arms 12 and 13 and the bell-shaped vessel on the lower parts of the electrode support rods could of course be open in the or be completely absent. As already housed in a bell-shaped vessel 39, which mentioned, there would be no need for a vacuum pump 38 to be evacuated. It will neutralize 40 charge on the droplets when it has been found that a pressure of 10 ^-3 they are ejected from the device, since the up to ΙΟ " ⁵ Torr is suitable for successful operation of the following group of droplets in the opposite direction The purpose of the vacuum is to have charge and the charge on which would be to neutralize an arc discharge between the electrodes of the first group with which the propellant has a charge from one of the transformer's polarid take-off clamps 24. By accelerating the droplets across series to reduce the flow of current when lying a longer path, greater arcing could of course occur -

Bei der in der Figur dargestellten Ausführungs- 50 anteil auf einen vernachlässigbaren Betrag reduziert form sind zufriedenstellende Ergebnisse mit folgen- würde, so daß die Vorrichtung in beliebigen Lagen, den Parametern erhalten worden, welche, wie an- bezogen auf die Senfcrechtstellung, arbeiten könnte, gegeben, festgesetzt wurden: Der Mittelpunkt des Entsprechend einer weiteren Anwendungsform derIn the embodiment shown in the figure, the proportion is reduced to a negligible amount form are satisfactory results with follow- would, so that the device in any position, the parameters have been received, which, how related to the mustard position, could work, given, were fixed: The center of the Corresponding to a further application of the

Toroids der ersten Elektrode 8 liegt 12,7 mm direkt Erfindung kann das Bündel bzw. der Strahl in zwei unter der Mündung 16; der Abstand zwischen den 55 Strahlen homogener Ladung getrennt werden, indem Elektroden 8 und 9 beträgt 43,18 mm; der Abstand ein elektrisches Feld senkrecht zur Bewegungsrichzwischen den Elektroden 9 und 10 beträgt 76,2 mm; rung des Strahles und den Strahl durchsetzend aufder Abstand zwischen den Elektroden 10 und 11 be- gebaut wird. Für diesen Zweck sind Ablenkplatten trägt 104,3 mm. Bei diesem speziellen Versuch wurde 40 und 41 vorgesehen. Die Platte 40 ist durch eine die Beschleunigung nach fotografischen Zeitdehn- 60 Batterie 43 auf ein, bezogen auf Erde, positives Pomethoden gemessen. Die Kamera beobachtete nur tential unter Spannung gesetzt; die Platte 41 ist die Elektrode 8, die Elektrode 9 und die Mündung 16. durch eine Batterie auf ein, bezogen auf Erde, nega-Toroid of the first electrode 8 is 12.7 mm directly invention, the bundle or the beam can be in two under the mouth 16; the distance between the 55 rays of homogeneous charge can be separated by Electrodes 8 and 9 is 43.18 mm; the distance between an electric field perpendicular to the direction of motion the electrodes 9 and 10 is 76.2 mm; tion of the beam and penetrating the beam on the Distance between the electrodes 10 and 11 is built. For this purpose there are baffles carries 104.3 mm. In this particular experiment, 40 and 41 were provided. The plate 40 is through a the acceleration according to photographic time stretching 60 battery 43 on a, related to earth, positive Po methods measured. The camera was watching only potentially energized; the plate 41 is the electrode 8, the electrode 9 and the mouth 16. through a battery to a negative, referred to earth

Der Rohrstutzen 18 besteht aus einer Injektions- tives Potential unter Vorspannung gesetzt. Aus dem kanüle mit einer Länge von 12,7 mm und einem In- Feld zwischen den Platten 40 und 41 werden zwei nendurchmesser von 0,2794 mm und hat einen recht- 65 Strahlen von jeweils einheitlich aufgeladenen Flüseckigen bzw. quadratischen Querschnitt an der Mün- sigmetalltröpfchen heraustreten. Der die positiv aufdung 16. Die Sekundärspannung des Transformators geladenen Tröpfchen enthaltende Strahl wird in 20 hat einen Effektivwert von 3000 V, bezogen auf einem Behälter oder Sammelgefäß 44 aufgefangen.The pipe socket 18 consists of an injection potential that is pretensioned. From the cannula with a length of 12.7 mm and an In-field between the plates 40 and 41 are two diameter of 0.2794 mm and has a right-angled rays of uniformly charged fluid or square cross-section on which the coinage droplets emerge. The positive opinion 16. The secondary voltage of the transformer containing charged droplets beam is in 20 has an effective value of 3000 V, related to a container or collecting vessel 44.

In gleicher Weise wird der die negativ aufgeladenen Tröpfchen enthaltende Strahl in einem Behälter oder Sammelgefäß 46 aufgefangen. Einführungsleitungen 48 verbinden die Hochspannungsentnahmeklemmen 50 durch das Glockengefäß mit den Sammelgefäßen44 und 46. Die zwischen den Klemmen 50 aufgebaute Spannung wird nur durch die kinetische Energie der Tröpfchen begrenzt, die benötigt wird, die Abstoßungskraft der entsprechenden Sammelgefäße 44 und 46 zu überwinden.In the same way, the jet containing the negatively charged droplets is placed in a container or collecting vessel 46 collected. Lead-in leads 48 connect the high voltage extraction terminals 50 through the bell jar with the collecting vessels 44 and 46. The one between the clamps The voltage built up is only limited by the kinetic energy of the droplets, which is required is to overcome the repulsive force of the respective receptacles 44 and 46.

Es wird weiter darauf hingewiesen, daß mehrere Äquivalente mögh'ch sind, welche das simulierte, oben beschriebene elektrische Wanderfeld erzeugen können. Ein derartiges System besteht darin, die Masseanschlüsse der Mittelanzapfung 25 des Transformators 20 zu entfernen und einen Sekundäranschluß des Transformators 20 an die Elektrodentragstange 14 anzuschließen. Der andere Sekundäranschluß des Transformators 20 könnte dann an die Elektrodentragstange 15 und gleichfalls an die Düse 18 angeschlossen werden. Andere Äquivalente zur Erzeugung des Wanderfeldes schließen eine mehrphasige Kraftquelle mit einem gemeinsamen Anschluß ein, welcher an die Düse angeschlossen und geerdet ist, während die aufeinanderfolgenden Phasen an die aufeinanderfolgenden Elektroden 8, 9, 10 und 11 angeschlossen sind. Der Abstand zwischen den Elektroden kann sich für eine derartige Anordnung natürlich ändern. Die Anzahl der Elektroden ist nicht auf die oben beschriebene Anzahl beschränkt. It is further pointed out that several equivalents are possible, which the simulated, Can generate electric traveling field described above. One such system is the To remove ground connections of the center tap 25 of the transformer 20 and a secondary connection of the transformer 20 to be connected to the electrode support rod 14. The other secondary connection of the transformer 20 could then be attached to the electrode support rod 15 and likewise to the nozzle 18 can be connected. Other equivalents for generating the traveling field include a multiphase one Power source with a common connection, which is connected to the nozzle and is grounded, during the successive phases to the successive electrodes 8, 9, 10 and 11 are connected. The distance between the electrodes can vary for such an arrangement of course change. The number of electrodes is not limited to the number described above.

Claims

Patent claims:

1. Device for generating a beam of electrically charged liquid metal droplets with a container for the liquid metal, a tubular one, in communication with the container standing device for generating the liquid metal droplets, several on a common Axis juxtaposed acceleration electrodes, between which electrical There are fields that accelerate the liquid metal droplets several times, and from which the first electrode of the outlet opening for the liquid metal droplets in the tubular Device is immediately adjacent, characterized in that the acceleration electrodes (8, 9, 10, 11) are connected to an AC voltage source (20), one of which is grounded and two of which are oppositely polarized Terminals (24, 25, 26) have that directly adjacent acceleration electrodes are each connected to the two oppositely polarized terminals of the AC voltage source (20), that the distance of the acceleration electrodes from each other with increasing distance from the tubular device (18) corresponding to the increase in speed of the liquid metal droplets increases and that the tubular device (18) is grounded.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that an electrostatic field is perpendicular to the jet of drops coming from the last acceleration electrode (11) which penetrates the jet and successive, unequally charged drops separate from each other, so that two divergent Rays of the same charged drops emerge from the electrostatic field, and that a first container assembly (44) is provided, the drops of the one of diverging rays while receiving a second from the first container assembly electrically insulated container assembly (46) is provided which holds the drops of the other absorb diverging beam.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the arrangement for the drop generation is coupled to an ultrasonic transducer (33) in the arrangement Induced ultrasonic vibrations.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that each of the acceleration electrodes (8, 9, 10, 11) defines a plane on which the jet of drops is perpendicular, which runs through the area delimited by the electrodes.

For this 1 sheet of drawings 5OF

909537/158