JP4916097B2 - 閉じた電子ドリフトプラズマ加速器 - Google Patents
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Description
c=光速
j=電流密度
H=プラズマのボリュームを流れる電流Iに特有の磁界。
KCPU内の磁界は、プラズマのボリューム(同軸電極の存在に起因する)を通して流れる電流により形成されて、特有の磁界を構成する。このタイプの加速器は、ハイパワーのみで動作可能となる。この理由で、これは、現在のところ、例えば宇宙空間用エンジンとして用いられる可能性がないと考えられている。
a) 電気導電材内で内部表面をカバーされ、電気絶縁材の壁により画成される環状イオン化チャンバと、
b) 下流方向に開かれたアウトレットを有し、イオン化チャンバと連通する上流インレットを有する、イオン化チャンバと同軸上にある絶縁材の環状加速チャンネルにより形成される加速チャンバと、
c) 加速チャンネルの上流インレットの近傍のイオン化チャンバの下流末端に配置される環状アノードと、
d) 加速チャンネルの下流アウトレット近傍、およびその外側に配置される中空カソードと、
e) 陰極をカソードに、そして陽極をアノードに接続される第1の直流電圧源と、
f) イオン化チャンバの上流部分を構成する末端壁の近傍に配置される環状ガスマニフォールドと、
g) 少なくとも中央筒状マンドレル、加速チャンネルの開放下流アウトレットを画成する内部および外部磁極、およびイオン化チャンバの上流末端を形成する後部末端壁を含む磁気回路と、
h) 少なくとも外部磁極とイオン化チャンバとの間の加速チャンバの周囲に配置される第1の磁界発生器、内部磁極とイオン化チャンバの傍に位置する加速チャンネルへの上流インレットとの間の中央筒状マンドレルの周囲に配置される第2の磁界発生器、および第2の磁界発生器とイオン化チャンバの上流末端との間の中央筒状マンドレルの周囲に配置される第3の磁界発生器を含む、磁界発生器手段と
を備える。
ここで、
Lpp=加速チャンネル53から磁気回路の後端壁63までの距離であり、そして、
Δ=後端壁63から磁界発生器25までの絶縁を提供する絶縁体の厚さ。Δ=2mmから3mmである。
Umix=USB=UA+δSB
Usep=UA
ここで、
UA=アノード7の電位
Usep=分離ライン27の電位
Umix=ミキシン(mixyne) 28(中央回転24のバイアス表面)の電位
USB=壁9の電位
δSB=約20V〜約30V
hM−C=θMCρe θMC≧8
hC−Cb=θC−Cbρe θC−Cb≧8
ここで、
▽Pe=電子圧力勾配
e=電子の電荷
E=磁界の大きさ
Ve=電子速度
H=磁界の大きさ
Φ=電場の電位。
Φ*(γ)=Φ(χ)-KTe/e・In ne/ne(γ)
ここで、
Φ*(γ) =熱化電位と呼ばれる、磁力線に沿う電位の恒常値
Φ(χ) =電位
Te=電子温度
k=ボルツマン定数
ne=放電における電子の密度
ne(γ)=磁界(正規化値)内の所与の力線上の電子密度の特性。
a) さらに低価格(Kr、Ar、N2)、
b) 惑星の大気中に含まれる(CO2、CH4、NH3)、そして、
c) 金属蒸気 (軽金属Na、Mg、Kから重金属Hg、Pb、Brまで) により構成される。
Claims (19)
- a) 電気導電材(9)で内部表面をカバーされた、電気絶縁材の壁(52)により画成される環状イオン化チャンバ(2)と、
b) 下流方向に開かれたアウトレット(55)を有し、イオン化チャンバ(2)と連通する上流インレット(54)を有する、イオン化チャンバ(2)と同軸上にある絶縁材の環状加速チャンネル(53)により形成される加速チャンバ(3)と、
c) 加速チャンネル(53)の上流インレット(54)の近傍のイオン化チャンバ(2)の下流末端に配置される環状アノード(7)と、
d) 加速チャンネル(53)の下流アウトレット(55)の近傍、およびその外部に配置される中空カソード(8)と、
e) 陰極をカソード(8)に、そして陽極をアノード(7)に接続される第1直流電圧源(82)と、
f) イオン化チャンバ(2)の上流部分を構成する末端壁の近傍に配置される環状ガスマニフォールド(11)と、
g) 少なくとも中央筒状マンドレル(60)、加速チャンネル(53)の下流アウトレット(55)を画成する内部および外部磁極(61、62)、およびイオン化チャンバ(2)の上流末端を形成する後部末端壁(63)を含む磁気回路と、
h) 少なくとも、外部磁極(62)とイオン化チャンバ(2)との間の加速チャンバ(3)の周囲に配置される第1磁界発生器(21)、内部磁極(61)とイオン化チャンバ(2)の傍に位置する加速チャンネル(53)への上流インレット(54)との間の中央筒状マンドレル(60)の周囲に配置される第2磁界発生器(22)、および第2磁界発生器(22)とイオン化チャンバ(2)の上流末端との間の中央筒状マンドレル(60)の周囲に配置される第3磁界発生器(23)を含む、磁界発生器手段と
を備えた閉じた電子ドリフトプラズマ加速器であって、
加速器は、イオン化チャンバ(2)のキャビティ内側に配置され、さらに陰極がアノード(7)に接続されている第2電圧源(85)の陽極に、イオン化チャンバ(2)の壁(52)の内側面の導電材(9)と共に接続された、バイアス導電被覆(28)を提供され、さらに他の磁界発生器と共に、同軸環状コイル(24)とアノード(7)との間に位置する磁界ゼロに対応した「X」ポイント(4)を含む磁力線(27)を有する磁界を形成する、第4磁界発生器を構成する同軸環状コイル(24)をさらに含むことを特徴とする閉じた電子ドリフトプラズマ加速器。 - 磁界発生器手段が、環状ガスマニフォールド(11)の近傍に配置される第5磁界発生器(25)を含むことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ加速器。
- 磁気回路が、イオン化および加速チャンバ(2、3)の周囲に配置され、後部磁気末端壁(63)と外部磁極(62)とを接続する、二次的強磁性サポート要素(64)をさらに含むことを特徴とする請求項1あるいは請求項2に記載のプラズマ加速器。
- 磁界発生器手段が、前記二次的強磁性サポート要素(64)の周囲に配置される部品を含む、第6磁界発生器(26)をさらに含むことを特徴とする請求項3に記載のプラズマ加速器。
- 磁界発生器手段が、電磁コイルを含むことを特徴とする請求項1から請求項4の何れか一項に記載のプラズマ加速器。
- 磁界発生器手段が、少なくとも一部分に永久磁石を含むことを特徴とする請求項1から請求項5の何れか一項に記載のプラズマ加速器。
- 第1磁界発生器(21)がシールド電磁コイルを含むことを特徴とする請求項1から請求項6の何れか一項に記載のプラズマ加速器。
- イオン化チャンバ(2)が、絶縁材の加速チャンネル(53)よりも大きな半径方向の大きさを有することを特徴とする請求項1から請求項7の何れか一項に記載のプラズマ加速器。
- 同軸環状コイル(24)、およびそのバイアス導電被覆(28)が、イオン化チャンバ(2)に接続された固定要素(29)を用いて取り付けられていることを特徴とする請求項1から請求項8の何れか一項に記載のプラズマ加速器。
- 環状アノード(7)が、加速チャンネル(53)の壁に対してリジッドスペーサを用いて調整された半径クリアランスで取り付けられていることを特徴とする請求項1から請求項9の何れか一項に記載のプラズマ加速器。
- 環状アノード(7)が、第2直流電圧源(85)を経由する以外、機械あるいは電気的に、環状ガスマニフォールド(11)、もしくは、イオン化チャンバ(2)の壁(52)の内部部分の電気導電材(9)に接続されることなく、第1直流電圧源(82)の陽極へ電気フィードライン(83)経由で直接接続されることを特徴とする請求項1から請求項10の何れか一項に記載のプラズマ加速器。
- カソード(8)が、中空ガス放電カソードであるという特徴を有する、請求項1から請求項11の何れか一項に記載のプラズマ加速器。
- 第2電圧源(85)が、アノード(7)に対して数十ボルトの大きさを有する正の電圧を、同軸環状コイル(24)の導電被覆(28)に印加することを特徴とする請求項1から請求項12の何れか一項に記載のプラズマ加速器。
- 第2電圧源(85)が、環状イオン化チャンバ(2)の壁(52)の内側面の電気導電材(9)に、アノードに対しておよそ20Vから40Vの大きさを有する電位を印加することを特徴とする請求項1から請求項13の何れか一項に記載のプラズマ加速器。
- 磁界発生器手段が、磁界ゼロに対応する「X」ポイントを有する磁力線の電位がアノード(7)の電位に近くなるよう適合されていることを特徴とする請求項1から請求項14の何れか一項に記載のプラズマ加速器。
- 第2磁界発生器(23)が、異なる直径の第1および第2ゾーン(231、232)を提供し、アノード(7)近傍に位置する第1ゾーン(231)は、イオン化チャンバ(2)近傍に位置する第2ゾーン(232)の直径より大きな直径となっていることを特徴とする請求項1から請求項15の何れか一項に記載のプラズマ加速器。
- 同軸環状コイル(24)の導電被覆(28)とイオン化チャンバ(2)の壁との間の距離が、およそ20ミリメートル(mm)以上であることを特徴とする請求項1から請求項16の何れか一項に記載のプラズマ加速器。
- 衛星用の電気反応スラスタを構成するプラズマスペースエンジンに適用されることを特徴とする請求項1から請求項17の何れか一項に記載のプラズマ加速器。
- 機械部品のイオン処理のためのイオン源として適用されることを特徴とする請求項1から請求項17の何れか一項に記載のプラズマ加速器。
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