JP3128139B2 - ガス放電装置 - Google Patents

ガス放電装置

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JP3128139B2 JP10523497A JP52349798A JP3128139B2 JP 3128139 B2 JP3128139 B2 JP 3128139B2 JP 10523497 A JP10523497 A JP 10523497A JP 52349798 A JP52349798 A JP 52349798A JP 3128139 B2 JP3128139 B2 JP 3128139B2
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クラルキナ,エレーナ・アレクサンドロヴナ
パヴロフ,ウラディーミル・ボリソヴィッチ
アレクサンドロフ,アンドレイ・フェドロヴィッチ
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、プラズマ技術に関し、基礎技術と航空宇宙
設備のイオンエンジンとにおけるイオンなどの荷電粒子
流の生成に使用できる。
背景技術 既知のガス放電装置(GB,A,1399603,HO1J27/00,107
2)は、2つの面壁部を備え、該面壁部の一つが部分的
に透明につくられた、軸心に対称な室と、静止した非均
一な磁場を前記室内で生成する磁気システムと、高周波
生成器(HF generator)に接続された高周波電力入力部
(HF power input unit)とから構成されている。前記
高周波電力入力部は少なくとも2つの電流導体により形
成されている。
既知の装置ではプラズマ波自体における励振(excita
tion)によりプラズマが生成される。この場合、プラズ
マに有効な高周波電力が入力され、適切なイオン化係数
値が、イオン化には十分低い特定のエネルギ消費量で達
成される。
入力電力の共鳴吸収は、0.015ないし1.5Paのガス圧力
で発生し、誘導電磁場の値Bは0.1T1未満である。しか
し、前記の条件下では、ガス放電装置のガスの減少のた
めにプラズマ密度はかなり増加する。
放電室で軸心に対称で非均一な静止磁場を生成する磁
気システムから成るガス放電装置(RU,出願95110327/0
7、公告日10.08.96)も知られている。前記磁場の誘導
電磁場(magnetic induction)は室の対称軸心に向かう
ほど減少する。高周波電力入力部は、たとえばn極コン
デンサ(n−pole capacitor)の形態をした数個の電流
導体により形成され、前記室内の高周波領域の縦方向非
回転電気部品を励起するよう構成されている。
上記の構成では、0.01ないし0.05T1の範囲の誘導電磁
場(magnet fieled induction)の最高値および40ない
し100MHZの範囲の高周波を選択することで、プラズマ波
が励起される。上記の条件下でプラズマ波を共鳴励起
(resonance excitation)すると、ガス放電装置のエネ
ルギおよびガス効率(an energy and gas efficiency)
が増大することになる。
本発明に最も近い試作品は、開放面壁部(open face
wall)を1つ備えた円筒型室と、数個の電流導体で形成
されて該室の側面に対称的に配置されている高周波電力
供給部と、前記室に該室の対称軸心に向かって半径方向
にだけでなく電力入力部の位置から縦方向にも誘導磁場
が減少する静止磁場を供給する磁気システムとから構成
されるガス放電装置(GB,A,2235086,HO1J27/16,1991)
である。
前記の既知のガス放電装置は、最適の磁場構成(magn
etic field configuration)と電力入力装置の構成とを
選択することによって電力入力の効率を増大させること
ができる。
しかし、上記装置はどれも入力電力〔使用ガス(work
ing body)のイオン化のため〕の充分な利用を実行する
ものではない。
発明の開示 本発明は、前述のタイプのガス放電装置のエネルギお
よびガス効率を増大化し、このことにより所与のパラメ
ータでプラズマを生成する費用を減少させることを目的
とする。
顕著な技術的成果は次の通りである。
少なくとも1つの面壁部(face wall)を有して軸心
に対称な室と、前記室の外壁に軸芯を共有して配設され
て高周波電力を前記室に入力する高周波電力入力部と、
前記室の対称軸心に向かって半径方向だけにでなく前記
高周波電力入力部が配置されている前記室内の領域から
縦方向にも誘導磁場が減少する静止磁場を供給する磁気
システムとを備えたガス放電装置において、前記室の前
記面壁部および側面壁部に配設されたジグザグに周期的
な形状の導体として前記高周波電力入力部が構成され、
前記磁気システムが、前記高周波電力入力部が配設され
ている領域に相対する前記室の面部分に向かって縦方向
に誘導磁場が減少する磁場を生成するよう調整されてい
ることを特徴とするガス放電装置。
前記装置のガス効率を増加するためには、水平寸法が
鉛直寸法(longitudinal dimension)より大きい室を使
用するのが有益である。
前記高周波電力入力部を配置した側から面壁部に配設
されたガス分配器(gas distributor)を前記室に設け
ることが有益である。
ガス放電装置は、前記室が固定されてる組立フランジ
により収容される。この場合には、高周波電力入力部の
電気端子用とガス分配器用との気密ガスケット(air−t
ight gasket)、ならびに組立フランジを真空室の調整
フランジに固定するプラグ接続部材が前記組立フランジ
に取り付けられる。
間に密閉カラーを配置した2つの支持体(bolster)
と、該支持体のうちの一つに軸心を共有して配設された
密閉ボルトとで気密ガスケットを構成するのが望まし
い。
以上のようなガス放電装置の特徴を、より明確に表現
すれば以下のようになる。
すなわち、本発明のガス放電装置は、少なくとも1つ
のクロスカットされた端壁部と、室の外壁に同軸に配置
された室に高周波電力を入力する高周波電力入力部と、
その磁気密度が対称になった室軸の方に半径方向だけで
なく前記高周波電力入力部の配置部位から長手の方向に
も減少する静止磁場を設ける磁気システムと、を備えた
軸方向に対称になった室から成るガス放電装置であっ
て、前記高周波電力入力部が室のクロスカット端壁及び
周囲の壁上に配置されたジグザグ型が反復する対称的な
形状を持った導体として製作されたことを特徴とし、前
記磁気システムが、高周波電力入力ユニットの配置部位
と対向する室のクロスカット端部に向かって長手方向に
減少する磁場を生成するように調整されている装置であ
る。
このような本発明の装置は、前記室の横方向の寸法が
その長手方向の寸法を越えること、前記室に高周波電力
入力ユニットの配置の側の室のクロスカット端壁上に組
み付けられたガス取り入れ口が設けてあること、前記室
が固定され、かつ、高周波電力入力ユニットの電気端子
用及びガス取り入れ口用の気密ガスケットと、調節フラ
ンジを組付けるためのプラグ接続素子と、が配置されて
いる組み立てフランジを備えていること、などが好適な
態様として挙げられる、そして、前記気密ガスケット
は、二つのブッシングと、ブッシングの端部の間に配置
された固定ワッシャと、ブッシングの1つと同軸に配置
された固定ボルトとから構成されていることが良い。
図面の簡単な説明 本発明は、以下に示す詳細な説明や添付図面から一層
完全に理解されるであろう。ただし、これら詳細な説明
と図面とは例示として示しているだけなので、本発明を
限定するものではない。
図1は、本発明によるガス放電装置の構成を示し、イ
オン光学システム、磁気システムおよびフランジを概略
的に示す。
図2は、図1による室の内部に構成された放電アンテ
ナの形状を示す。
図3は、本発明によるガス放電装置の支持部分を示
す。
発明を実施するための最良の形態 本発明によるガス放電装置は、プラズマ化学反応器
(plasma chemical react or)ならびにイオン・ビ
ーム設備の構成要素や電気推進システムの部品など、改
変された様々な技術設備の構成要素として使用できる。
イオン・ビーム設備の一部として実現される、本発明
によるガス放電装置が、添付図面を参照して以下に説明
される。設備(図1を参照)は、構成する軸心方向に対
称な真空管(bulb)としての室1と、高周波電力入力部
となる高周波アンテナ2と、イオン光学システムとを有
する。このイオン光学システムは、2つの電磁コイル
(electromagnetic reels)6と、ガス入口7と、高周
波アンテナ2および電極3,4,5の電気端末の気密ガスケ
ット8と、組立フランジ(assembling flange)10と、
調整フランジ(adjusting flange)11とから構成され
る。
高周波電力入力部となるアンテナ2は、ジグザグに周
期的な形状の導体として製造され、その一部は前記室の
側壁部に配置され(図1を参照)他の一部は室1の面壁
部に配置される(図2を参照)。
室1の出力面部(output face part)は、電磁コイル
6の支援で生成された磁場の減少領域に配置されている
(図1を参照)。
室1の両壁部は誘電材料から製造される。ただし、誘
電材料は高周波アンテナ2の領域にある、室1の壁部の
部分だけを製造するのに使用可能であることを述べてお
く。
室1の縦対称軸心に沿った室1の大きさは、その側壁
部の内部円筒面の半径に等しい。
各気密ガスケット8または9(図3を参照)は、間に
ゴム製の密閉カラーを備えたフッ化物層(fluoride lay
er)からつくられた2つの支持体12を含む。該気密ガス
ケットは、支持体12を押し込んで調整された特殊なクラ
ンチング・ボルト(crunching bolt)14により気密箇所
に押し付けられる。
該設備の運転は以下のように実行される。
使用ガス(working gas)のアルゴンはガス入口7を
介して室1に供給される。室1において、電磁コイル6
により軸対称で非均一な磁界が供給される。この磁界の
誘導磁場(induction)は、室の対称軸心に向かって半
径方向だけでなく、イオン光学システムが配置されてい
る、室1の対抗面部分に向かって、高周波電力入力部が
配置されている領域から縦方向に減少する。
室1内の磁界は、本技術分野の専門家に周知の様々な
設備の支援により分布させられる。
所与の配位形状の磁場の存在する領域において室の面
壁部および側壁部を構成するジグザグ形状の導体として
製造されたアンテナ2の支援によりアルゴンが室1に供
給され終った後、該室の放電領域において高周波電磁場
の電気部品が動作すると、高周波放電が点火されてプラ
ズマが形成される。
特殊な形状のアンテナ2による高周波生成領域の磁界
を局在化することによって、高周波電力入力の効率およ
びその結果として前記装置における電荷粒子密度ととプ
ラズマ温度とが増大する。
誘導磁場の最大値が室の対称軸心に向って減少してい
る領域における、室1の面壁部を含むジグザグに周期的
な形状の導体の形態を有して高周波電力入力部を製造し
た場合にのみ、最も近い試作品と比較して、室1および
イオン源におけるイオン生成のエネルギおよびガス効率
が全体的に増加することが経験的に判明している。
アルゴンを使用ガスとして利用する場合には、生成さ
れた高周波電磁場の周波数は10ないし100MHZの範囲で選
択され、静止磁場(stationary magnet field)の最高
値は0.01ないし0.1T1の範囲で選択され、入力高周波の
値は、必要なプラズマ密度や引き出されたイオン電流の
密度に応じて20ないし200Wの範囲で選ばれる。
修正型イオン源におけるイオン・ビームの引き出しと
形成とは、3つの電極から構成され、「加速・減速」
(acceleration−deceleration)の原理を実施するイオ
ン引き出しシステムにより実行される。
放射電極3と、加速電極4と、接地電極5とにより電
位が加えられたガス放電プラズマにおいて、電界(elec
trical field)が生成されて、イオンが引き出され、所
与のイオン電流密度(0.2ないし2mA/cm2)でイオン・ビ
ームが形成される。
イオン源構造における他の要素から独立して真空室か
らガス放電装置を取りだすことができるように、室1は
着脱可能な組立フランジ11に取り付けられる。磁気シス
テムおよびイオン光学システムは真空室の調整フランジ
10に取り付けられる。
入力部の電気端子における取外し可能な気密ガスケッ
ト8と、ガス入口の気密ガスケットとは、前記組立フラ
ンジに取り付けられる。
プラグ接続(図示せず)を用いていることに助けられ
て真空室の調整フランジ10から組立フランジ11を分離す
ることによって、たとえば、技術的作業の実行中に、室
1を取り外すことができる。
組立フランジ11からの室1の分離は、着脱可能な気密
ガスケット8と同9とを取り外した後で行う。そのため
に、クランチング・ボルト14をフランジ11の孔からねじ
を緩めて外して、外部のフッ化物層付き支持体12を取り
出して、ゴム製カラー13と内部のフッ化物層付き支持体
12とを一緒に付いたままで取り出す。気密ガスケットす
べてを取り外した後で、組立フランジ11を高周波アンテ
ナ2の電気端子やガス入口7から取り外す。
室1上のアンテナ2(室1への高周波電力入力部)の
上記の構成と、アンテナ2の場所に所与の勾配をもつ静
止した非均一な磁場を生成するように調節された磁気シ
ステムの利用とにより、生成された磁気活性プラズマ
(magnitoactive plasma)に実効高周波電力が供給され
る。このプラズマは、1アンペアの電流でイオン・ビー
ムを生成する電力消費量により特徴付けられる。
イオン源の構成要素として本願発明を修正しても、特
定のエネルギ消費量の達成値は、0.2ないし2mA/cm2の範
囲の、引き出されたイオン・ビーム電流の密度で450W/A
を越えることはない。
したがって、本願のガス放電装置はプラズマ生成の効
率を増大させることができる。このプラズマ生成は、運
転パラメータの所与の範囲における、エネルギおよびガ
ス効率によりこの種の装置に対して特徴づけられる。
[産業上の利用の可能性] 本発明によれば、前記ガス放電装置は、マイクロエレ
クトロニクス光学装置(microelectronic and optical
devices)を製造するための技術的イオン・ビーム設備
において、プラズマ化学反応器(plasma−chemical rea
ctors)において、さらに電気推進装置の構成部品とし
て航空技術において、使用できる。
本発明は好ましい実施形態との関連において説明され
ているが、発明の一般的概念と主題から逸脱しないかぎ
り、変更や他の利用方法が可能であることは、本技術分
野の専門家には明らかである。こうした変更や修正は、
請求の範囲におけ各請求項により主張された権利の範囲
内にあると考えられる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 コンドラニン,セルゲイ・ゲンナディエ ヴィッチ 136―130 ソウル、スンボク―ク、ハウ ォルゴク―ドン、ゲスト・ハウス 39― 1、コーリア・インスティテュート・オ ヴ・サイエンス・アンド・テクノロジー (72)発明者 クラルキナ,エレーナ・アレクサンドロ ヴナ 136―130 ソウル、スンボク―ク、ハウ ォルゴク―ドン、ゲスト・ハウス 39― 1、コーリア・インスティテュート・オ ヴ・サイエンス・アンド・テクノロジー (72)発明者 パヴロフ,ウラディーミル・ボリソヴィ ッチ ロシア国、127576 モスクワ、ウル・ノ ヴゴロドスカヤ 14―2―77 (72)発明者 アレクサンドロフ,アンドレイ・フェド ロヴィッチ ロシア国、117355 モスクワ、ウル・ガ リバルディ 15―1―108 (72)発明者 ルクハゼ,アンリ・アンヴロシェヴィッ チ ロシア国、117421 モスクワ、ウル・オ ブルチェワ 14―75 (56)参考文献 特開 平5−325810(JP,A) 特公 昭45−9797(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05H 1/24 H05H 1/46 H05H 1/54 H01J 27/16

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも1つのクロスカットされた端壁
    部と、室の外壁に同軸に配置された室に高周波電力を入
    力する高周波電力入力部と、その磁気密度が対称になっ
    た室軸の方に半径方向だけでなく前記高周波電力入力部
    の配置部位から長手の方向にも減少する静止磁場を設け
    る磁気システムと、を備えた軸方向に対称になった室か
    ら成るガス放電装置において、前記高周波電力入力部が
    室のクロスカット端壁及び周囲の壁上に配置されたジグ
    ザグ型が反復する対称的な形状を持った導体として製作
    されたことを特徴とし、前記磁気システムが、高周波電
    力入力ユニットの配置部位と対向する室のクロスカット
    端部に向かって長手方向に減少する磁場を生成するよう
    に調整されていることを特徴とするガス放電装置。
  2. 【請求項2】前記室の横方向の寸法が、その長手方向の
    寸法を越えることを特徴とする請求項1に記載のガス放
    電装置。
  3. 【請求項3】前記室に高周波電力入力部の配置の側の室
    のクロスカット端壁上に組み付けられたガス取り入れ口
    が設けてあることを特徴とする請求項1又は2に記載の
    ガス放電装置。
  4. 【請求項4】前記室が固定され、かつ、高周波電力入力
    部の電気端子用及びガス取り入れ口用の気密ガスケット
    と、調節フランジを組付けるためのプラグ接続素子と、
    が配置されている組み立てフランジを備えていることを
    特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のガス放電装
    置。
  5. 【請求項5】前記気密ガスケットが、二つのブッシング
    と、ブッシングの端部の間に配置された固定ワッシャ
    と、ブッシングの1つと同軸に配置された固定ボルトと
    から構成されていることを特徴とする請求項4に記載の
    ガス放電装置。
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EP (1) EP0892983B1 (ja)
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KR (1) KR100261314B1 (ja)
AU (1) AU5068898A (ja)
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KR19980019240A (ko) 1998-06-05
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