JP2002517661A5 - - Google Patents

Description

【特許請求の範囲】
【請求項１】 下流方向を規定した、出口側端部を通してガスを放電する、この出口側端部を含む環状のガス放電領域を有する閉じた電子ドリフトを使用するイオン加速器であって、
前記出口側端部に隣接した環状のガス放電領域の内側に位置し、このガス放電領域に囲まれた内方の磁極と、
前記出口側端部に隣接した環状のガス放電領域の外側に位置し、このガス放電領域を囲んだ外方の磁極と、
前記ガス放電領域の出口側端部の付近で、前記内方の極と外方の極との間にほぼ径方向に延びる磁場を生じさせるための磁場源と、
前記ガス放電領域の出口側端部の上流に位置したアノードと、
前記出口側端部に向かう下流方向への流れのために、前記ガス放電領域にイオン化可能なガスを供給するためのガス源と、
ほぼ上流方向で、前記ガス放電領域の出口側端部に向かう導入のために、自由電子を供給するための電子源と、
前記出口側端部を通して下流方向にアノードから延びる電場を生じさせることによって、推進の反力を生じさせるために電場によって下流方向に加速されるイオンを生じさせるように、前記ガス源からのイオン化可能なガスと前記電子源からの自由電子とを相互に作用させる電場源と、
前記ガス放電領域の出口側端部の領域中に磁場を形成するための磁束バイパス構成部材とを具備し、この構成部材は、
前記出口側端部に隣接した環状のガス放電領域の内側に位置し、このガス放電領域に囲まれた透磁性材の下流の内方のリングと、
前記下流の内方のリングから上流に所定の距離の位置での前記環状のガス放電領域の内側に位置し、このガス放電領域に囲まれた透磁性材の上流の内方のリングと、
前記下流の内方のリングと上流の内方のリングとを磁気結合させる内方の透磁性材と、
前記出口側端部に隣接した環状のガス放電領域の外側に位置し、この放電領域を囲んだ透磁性材の下流の外方のリングと、
前記下流の外方のリングから上流に所定の距離の位置での前記環状のガス放電領域を囲んだ透磁性材の上流の外方のリングと、
前記下流の外方のリングと上流の外方のリングとを磁気結合させる外方の透磁性材と、
前記下流の内方のリングから、前記内方の透磁性材を通して上流の内方のリングに、また、前記上流の透磁性材を通して上流の外方のリングに、そして、前記外方の透磁性材を通して下流の外方のリングへの連続した磁路を形成し、前記磁性材の少なくとも１つが、前記ガス放電領域の出口側端部の付近での磁場の形状を制御するように磁路の磁気抵抗を調節するための開口を有し、前記上流の内方のリングと上流の外方のリングとを結合させる上流の透磁性材とを備えている、加速器。
【請求項２】 前記両内方のリングは、同じ直径で、下流から上流方向にアラインメントされて前記磁束バイパス構成部材の内周側を規定し、また、前記両外方のリングは、同じ直径で、上流から下流にアラインメントされて前記バイパス構成部材の外周側を規定した、請求項１に記載の加速器。
【請求項３】 前記下流の内方のリングは、下流のエッジを有し、この下流のエッジと内方の磁極とを結ぶラインによって規定された角度は、前記内方の磁極を交差する環状のガス放電領域の半径に対して２０°と８０°との間にある、請求項１に記載の加速器。
【請求項４】 前記角度は、約４５°である、請求項３に記載の加速器。
【請求項５】 前記開口は、前記上流の透磁性材に形成されており、前記両上流のリングの間の領域の主要な部分を構成している、請求項１に記載の加速器。
【請求項６】 前記上流の透磁性材に形成された前記開口は、前記両上流のリングの間の領域の９０％より大きい、請求項５に記載の加速器。
【請求項７】 前記上流の透磁性材は、前記アノードの上流の位置で前記両上流のリングを結合している、請求項５に記載の加速器。
【請求項８】 前記上流の透磁性材は、前記両上流のリングの間に延びた狭い径方向のリブによって形成されている、請求項５に記載の加速器。
【請求項９】 前記両上流のリングは、狭い環状のギャップを横切って磁気結合されている、請求項１に記載の加速器。
【請求項１０】 前記両開口は、前記内方の透磁性材に形成されている、請求項１に記載の加速器。
【請求項１１】 前記両開口は、前記外方の透磁性材に形成されている、請求項１に記載の加速器。
【請求項１２】 前記内方の透磁性材と外方の透磁性材と上流の透磁性材との各々は、中に開口を有し、それぞれの場合には、これら開口は、それぞれの透磁性材に囲まれた領域の主要な部分を構成している、請求項１に記載の加速器。
【請求項１３】 前記内方の透磁性材は、前記両内方のリングを結合した透磁性材の互いに周方向に離間した複数のストリップを有し、前記外方の透磁性材は、前記両外方のリングを結合した透磁性材の周方向に離間した複数のストリップを有する、請求項１に記載の加速器。
【請求項１４】 最大強度の磁力線は、前記磁場源が内方と外方との磁極の下流に位置したことによって生じさせられ、また、前記最大強度の磁力線の上流で、最大磁場強度の０．８５の値を有する磁力線は、約４０ｍｍの曲率半径を有するように磁束バイパス構成部材が構成、並びに相対的に配置されている、請求項１に記載の加速器。
【請求項１５】 前記曲率半径は、前記内方の磁極と外方の磁極との間の距離の約０．８５である、請求項１４に記載の加速器。
【請求項１６】 前記放電領域から離れた、前記両磁極の両面に形成された絶縁材のコーティングを有する、請求項１に記載の加速器。
【請求項１７】 前記コーティングは、プラズマ溶射されたニッケルの上にプラズマ溶射された酸化アルミニウムを有する、請求項１６に記載の加速器。
【請求項１８】 前記曲率半径は、前記内方の磁極と外方の磁極との間の距離の約０．８５である、請求項１６に記載の加速器。
【請求項１９】 前記曲率半径は、３０ｍｍと５０ｍｍとの間にある、請求項１６に記載の加速器。
【請求項２０】 前記曲率半径は、約４０ｍｍである、請求項１６に記載の加速器。
【請求項２１】 下流方向を規定した、出口側端部を通してガスを放電する、この出口側端部を含む環状のガス放電領域を有する閉じた電子ドリフトを使用するイオン加速器であって、
前記出口側端部に隣接した環状のガス放電領域の内側に位置し、この環状のガス放電領域に囲まれた内方の磁極と、
前記出口側端部に隣接した環状のガス放電領域の外側に位置し、この環状のガス放電領域を囲んだ外方の磁極と、
前記ガス放電領域の出口側端部の付近で、前記内方および外方の極の間にほぼ径方向に延びる磁場を生じさせるための磁場源と、
前記ガス放電領域の出口側端部の上流に位置したアノードと、
前記出口側端部に向かう下流方向への流れのために、前記ガス放電領域にイオン化可能なガスを供給するためのガス源と、
ほぼ上流方向で、前記ガス放電領域の出口側端部に向かう導入のために、自由電子を供給するための電子源と、
前記出口側端部を通して下流方向にアノードから延びる電場を生じさせることによって、推進の反力を生じさせるために電場によって下流方向に加速されるイオンを生じさせるように、前記ガス源からのイオン化可能なガスと前記電子源からの自由電子とを相互に作用させる電場源と、
前記ガス放電領域の出口側端部の領域中に磁場を形成するための磁束バイパス構成部材とを具備し、この構成部材は、
前記出口側端部に隣接した環状のガス放電領域の内側に位置し、このガス放電領域に囲まれた透磁性材の下流の内方のリングと、
前記下流の内方のリングから上流に所定の距離の位置での前記環状のガス放電領域の内側に位置し、このガス放電領域に囲まれた透磁性材の上流の内方のリングと、
前記両内方のリングを磁気結合させる内方の透磁性材と、
前記出口側端部に隣接した環状のガス放電領域の外側に位置し、この放電領域を囲んだ透磁性材の下流の外方のリングと、
前記下流の外方のリングから上流に所定の距離の位置での前記環状のガス放電領域を囲んだ透磁性材の上流の外方のリングと、
前記両外方のリングを磁気結合させる外方の透磁性材と、
前記下流の内方のリングから、前記内方の透磁性材を通して上流の内方のリングに、また、前記上流の透磁性材を通して上流の外方のリングに、そして、前記外方の透磁性材を通して下流の外方のリングへの連続した磁路を形成し、最大磁場強度の磁力線は、前記内方の磁極と外方の磁極との下流に位置し、最大磁場強度の磁力線から上流方向で、最大磁場強度の０．８５の値を有する磁力線の曲率半径は、前記内方の磁極と外方の磁極との間の距離の０．９と１．５との係数の間の曲率半径を有するように前記磁束バイパス構成部材が構成、並びに配置され、前記両上流のリングを結合させる上流の透磁性材とを備えている、加速器。
【請求項２２】 前記放電領域から離れた、前記両磁極の両面に形成された絶縁材のコーティングを有する、請求項２１に記載の加速器。
【請求項２３】 前記コーティングは、プラズマ溶射されたニッケルの上にプラズマ溶射された酸化アルミニウムを有する、請求項２２に記載の加速器。
【請求項２４】 下流方向を規定した、出口側端部を通してガスを放電する、この出口側端部を含む環状のガス放電領域を有する閉じた電子ドリフトを使用するイオン加速器であって、
前記出口側端部に隣接した環状のガス放電領域の内側に位置し、この環状のガス放電領域に囲まれた内方の磁極と、
前記出口側端部に隣接した環状のガス放電領域の外側に位置し、この環状のガス放電領域を囲んだ外方の磁極と、
前記ガス放電領域の出口側端部の付近で、前記内方および外方の極の間にほぼ径方向に延びる磁場を生じさせるための磁場源と、
前記ガス放電領域の出口側端部の上流に位置したアノードと、
前記出口側端部に向かう下流方向への流れのために、前記ガス放電領域にイオン化可能なガスを供給するためのガス源と、
ほぼ上流方向で、前記ガス放電領域の出口側端部に向かう導入のために、自由電子を供給するための電子源と、
前記出口側端部を通して下流方向にアノードから延びる電場を生じさせることによって、推進の反力を生じさせるために電場によって下流方向に加速されるイオンを生じさせるように、前記ガス源からのイオン化可能なガスと前記電子源からの自由電子とを相互に作用させる電場源と、
前記ガス放電領域の出口側端部の領域中に磁場を形成するための磁束バイパス構成部材とを具備し、この構成部材は、
前記出口側端部に隣接した環状のガス放電領域の内側に位置し、このガス放電領域に囲まれた透磁性材の下流の内方のリングと、
前記下流の内方のリングから上流に所定の距離の位置での前記環状のガス放電領域の内側に位置し、このガス放電領域に囲まれた透磁性材の上流の内方のリングと、
前記両内方のリングを磁気結合させる内方の透磁性材と、
前記出口側端部に隣接した環状のガス放電領域の外側に位置し、この放電領域を囲んだ透磁性材の下流の外方のリングと、
前記下流の外方のリングから上流に所定の距離の位置での前記環状のガス放電領域を囲んだ透磁性材の上流の外方のリングと、
前記両外方のリングを磁気結合させる外方の透磁性材と、
前記下流の内方のリングから、前記内方の透磁性材を通して上流の内方のリングに、また、前記上流の透磁性材を通して上流の外方のリングに、そして、前記外方の透磁性材を通して外方のリングへの連続した磁路を形成し、最大磁場強度の磁力線は、前記内方の磁極と外方の磁極との下流に位置し、前記放電領域から離れた両磁極の両面は、絶縁材のコーティングを有するように、前記磁束バイパス構成部材が構成、並びに配置され、前記両上流のリングを結合させる上流の透磁性材とを備えている、加速器。
【請求項２５】 前記放電領域から離れた、前記両磁極の両面に形成された絶縁材のコーティングを有する、請求項２４に記載の加速器。
【請求項２６】 前記コーティングは、プラズマ溶射されたニッケルの上にプラズマ溶射された酸化アルミニウムを有する、請求項２５に記載の加速器。
【請求項２７】 閉じた電子ドリフトを使用するイオン加速器のための磁束形成部材であって、この加速器は、
下流方向を規定した、出口側端部を通してガスを放電する、この出口側端部を有する環状のガス放電領域と、
前記出口側端部に隣接した環状のガス放電領域の内側の位置し、この環状のガス放電領域に囲まれた内方の磁極と、
前記出口側端部に隣接した環状のガス放電領域の外側の位置し、この環状のガス放電領域を囲んだ外方の磁極と、
前記ガス放電領域の出口側端部の付近で、前記内方および外方の極の間にほぼ径方向に延びる磁場を生じさせるための磁場源と、
前記ガス放電領域の出口側端部の上流に位置したアノードと、
前記出口側端部に向かう下流方向への流れのために、前記ガス放電領域にイオン化可能なガスを供給するためのガス源と、
ほぼ上流方向で、前記ガス放電領域の出口側端部に向かう導入のために、自由電子を供給するための電子源と、
前記出口側端部を通して下流方向にアノードから延びる電場を生じさせることによって、推進の反力を生じさせるために電場によって下流方向に加速されるイオンを生じさせるように、前記ガス源からのイオン化可能なガスと前記電子源からの自由電子とを相互に作用させる電場源とを具備し、前記磁束形成部材は、
前記出口側端部に隣接した環状のガス放電領域の内側に位置し、この環状のガス放電領域のよって囲まれた透磁性材の下流の内方のリングと、
前記下流の内方のリングから上流に所定の距離の位置で、前記環状のガス放電領域の内側に位置し、この環状のガス放電領域に囲まれた透磁性材の上流の内方のリングと、
前記下流の内方のリングと上流の内方のリングとを磁気結合させる内方の透磁性材と、
前記出口側端部に隣接した環状のガス放電領域の外側に位置し、この環状の放電領域を囲んだ透磁性材の下流の外方のリングと、
前記下流の外方のリングから上流に所定の距離の位置で、前記環状のガス放電領域の外側に位置し、この環状のガス放電領域を囲んだ透磁性材の上流の外方のリングと、
前記下流の外方のリングと上流の外方のリングとを磁気結合させる外方の透磁性材と、
前記下流の内方のリングから、前記内方の透磁性材を通して上流の内方のリングに、また、前記上流の透磁性材を通して上流の外方のリングに、そして、前記外方の透磁性材を通して下流の外方のリングへの連続した磁路を形成し、前記磁性材の少なくとも１つが、前記加速器のガス放電領域の出口側端部の付近での磁場の形状を制御するように磁路の磁気抵抗を調節するための開口を有し、前記上流の内方のリングと上流の外方のリングとを結合させる上流の透磁性材とを備えている磁束形成部材。
【請求項２８】 閉じた電子ドリフトを使用する加速器でほぼ径方向に磁場を形成する方法において、この加速器は、
下流方向を規定した、出口側端部を通してガスを放電する、この出口側端部を有する環状のガス放電領域と、
前記出口側端部に隣接した環状のガス放電領域の内側に位置し、この環状のガス放電領域に囲まれた内方の磁極と、
前記出口側端部に隣接した環状のガス放電領域の外側に位置し、この環状のガス放電領域を囲んだ外方の磁極と、
前記ガス放電領域の出口側端部の付近で、前記内方の極と外方の極との間にほぼ径方向に延びる磁場を生じさせるための磁場源と、
前記ガス放電領域の出口側端部の上流に位置したアノードと、
前記出口側端部に向かう下流方向への流れのために、前記ガス放電領域にイオン化可能なガスを供給するためのガス源と、
ほぼ上流方向に前記ガス放電領域の出口側端部に向かう導入のために、自由電子を供給する電子源と、
前記出口側端部を通して下流方向にアノードから延びる電場を生じさせることによって、推進の反力を生じさせるために電場によって下流方向に加速されるイオンを生じさせるように、前記ガス源からのイオン化可能なガスと前記電子源からの自由電子とを相互に作用させる電場源とを具備し、この方法は、
最大磁場強度が、前記内方の磁極と外方の磁極との下流に位置し、最大磁場強度の磁力線から上流方向で、最大磁場強度の０．８５の値を有する磁力線の曲率が、この内方の磁極と外方の磁極との間の距離の０．９と１．５との係数の間の曲率半径を有するように磁路の磁気抵抗が選択され、この内方の磁極に隣接した位置から、前記アノードの上流の位置に対して上流に、このアノードの外方の位置に対して外方に向かって、前記外方の磁極に隣接した位置に対して下流に、前記磁路に沿って前記磁場源によって設けられた磁束をそらす工程を具備する方法。
【請求項２９】 閉じた電子ドリフトを使用する加速器でほぼ径方向に磁場を形成する方法であって、この加速器は、
下流方向を規定した、出口側端部を通してガスを放電する、この出口側端部を有する環状のガス放電領域と、
前記出口側端部に隣接した前記環状のガス放電領域の内側に位置し、この環状のガス放電領域に囲まれた内方の磁極と、
前記出口側端部に隣接した前記環状のガス放電領域の外側に位置し、この環状のガス放電領域を囲んだ外方の磁極と、
前記ガス放電領域の出口側端部の付近で、前記内方の極と外方の極との間にほぼ径方向に延びる磁場を生じさせるための磁場源と、
前記ガス放電領域の出口側端部の上流に位置したアノードと、
前記出口側端部に向かう下流方向への流れのために、前記ガス放電領域にイオン化可能なガスを供給するためのガス源と、
ほぼ上流方向に前記ガス放電領域の出口側端部に向かう導入のために、自由電子を供給する電子源と、
前記出口側端部を通して下流方向にアノードから延びる電場を生じさせることによって、推進の反力を生じさせるために電場によって下流方向に加速されるイオンを生じさせるように、前記ガス源からのイオン化可能なガスと前記電子源からの自由電子とを相互に作用させる電場源とを具備し、この方法は、
最大磁場強度が、前記内方の磁極と外方の磁極との下流に位置し、最大磁場強度の磁力線から上流方向で、最大磁場強度の０．８５の値を有する磁力線の曲率が、３０ｍｍと５０ｍｍとの間の曲率半径を有するように磁路の磁気抵抗が選択され、この内方の磁極に隣接した位置から、前記アノードの上流の位置に対して上流に、このアノードの外方の位置に対して外方に向かって、外方の磁極に隣接した位置に対して下流に、磁路に沿って前記磁場源によって設けられた磁束をそらす工程を具備する方法。