KR101468118B1 - 고압 절연체 배열 및 이를 구비한 이온 가속기 배열 - Google Patents

고압 절연체 배열 및 이를 구비한 이온 가속기 배열 Download PDF

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Abstract

본 발명은 접지 전위의 음극과 고압의 전위가 적용되는 양극 사이의 정전기 가속 장을 포함하는 이온 가속기 배열에 관한 것이다. 상기 이온 가속기 배열은 가스가 통하는 다공성 절연체가 삽입되는 가스 공급 시스템을 더 포함한다. 본 발명은 또한 상기 이온 가속기 배열 및 고압이 적용되는 다른 부품의 코로나 저항성 절연을 위한 상기 절연체를 구비한 고압 절연체 배열에 관한 것이다.

Description

고압 절연체 배열 및 이를 구비한 이온 가속기 배열{HIGH-VOLTAGE INSULATOR ARRANGEMENT, AND ION ACCELERATOR ARRANGEMENT COMPRISING SUCH A HIGH-VOLTAGE INSULATOR ARRANGEMENT}
본 발명은 고압 절연체 배열 및 이를 구비한 이온 가속기 배열에 관한 것이다.
우주선의 구동에 적합한 정전기 이온 가속기 배열에서, 작업 가스는 이온화 챔버에서 이온화되고, 이온은 정전기장의 영향 하에 챔버의 개구를 통해 배출된다. 정전기장은 이온화 챔버의 외부, 즉 일반적으로 상기 개구에 대하여 측방향으로 떨어져 배치된 음극과 챔버의 개구 맞은편에 배치된 양극 사이에서 형성되어 챔버를 관통한다. 양극과 음극 사이에는 전기장을 생성시키기 위하여 고압이 걸린다. 일반적으로 음극은 우주선의 다른 금속 부품 또한 놓이는 우주선 접지 전위 근처에 놓이고, 양극은 고압에 의해 양극 전위에 놓인다. 특히 바람직한 이러한 유형의 이온 가속기는 예컨대 WO 03/000550A에 공지되어 있다. 다른 형태로는 홀 추력기(Hall thrusters)가 있다.
고압은 양극과 음극 사이뿐 아니라, 고압 공급 선로를 포함하는 양극과 전위차를 가지는, 특히 접지 전위의 다른 전도성 부품 사이에 작용한다. 주변 공간의 진공에 의해 분리된 부품은 일반적으로 전압 플래시오버(flashover)를 방지하기 위하여 서로 충분히 절연 처리가 되어 있는 반면, 작업 가스가 발생하는 영역, 특히 양극과 가스 공급 시스템의 가스 기류 상류에 위치해 있는 전도성 부품 사이에는 작업 가스로 인한 코로나 방전의 위험이 있다.
코로나 방전은 또한, 다른 영역 및 상황에서, 진공 적용에서 고압에 의해 분리된 전위에 놓인 두 개의 전도성 부품 사이에서도 발생하며, 이때 중간 압력 영역(파센 영역(Paschen range))에서 전압 플래시오버는 가스 존재에 의해 경감된다. 고전류를 가지는 방전은 전도성 부품 사이를 관통하는 개방된 경로에서 점화될 수 있다. 방전에서 발생한 플라스마(plasma)는 작은 균열 또는 틈으로 스며들 수 있다. 주변 진공을 향한 가스 방출 개구를 통해 가스 압력이 임계 압력 영역(critical pressure range) 이하로 하강함으로써 상기 영역이 코로나 저항성이 될수 있지만, 교대 가스 압력이 있는 영역에서 중간 압력 영역의 방전이 다시 일어날 수 있으며, 이러한 방전은 관통하는 개방된 경로를 형성하는 가스 방출 개구를 통과할 수 있다. 또한, 임계 압력 영역 이하에서도 자유 전자를 통해 분로(shunt)가 발생할 수 있으며, 이 분로는 예를 들어 전류 값 변조 또는 소비 전력을 통해 교란되거나 진공 아크 방전을 점화시킬 수 있다.
특히 하나의 부품에 접지에 대해 고압이 적용되는, 두 부품의 압력과 무관한 절연은 부품의 완벽한 가스 밀폐를 통해 달성될 수 있는데, 예컨대 부품을 절연체에 케이싱하거나 또는 매설함으로써 두 부품 사이를 관통하는 개방된 경로가 존재하지 않도록 함으로써 달성될 수 있다. 그러나, 상기 절연체는 부품으로서 해제가능한 도전체 접속을 위해 분리되어 있다. 또한, 장시간이 지나면서 케이싱된 고압 절연체 배열에서 손상이 발생하였으며, 이는 특히 우주선에 사용될 때 부품 교환의 가능성 없이 심각한 손상을 초래하게 된다.
본 발명은 개선된 고압 절연체 배열 및 상기 개선된 고압 절연체 배열을 구비한 이온 가속기 배열을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 해결 수단은 독립항에 기재되어 있으며, 종속항은 본 발명의 바람직한 실시 형태 및 추가 개선 사항들을 포함한다.
이온화 챔버, 상기 이온화 챔버에 배열된 양극 및 상기 이온화 챔버에 작업 가스를 주입하기 위한 가스 공급 시스템을 구비한 정전기 이온 가속기 배열의 경우, 일반적으로 작업 가스 유입시 작업 가스의 압력 범위가 존재하며, 작동 중 전극과 접지 전위 사이에 적용되는 킬로볼트 범위의 고압에서 첫 번째 부품인 양극으로부터 작업 가스를 통해 전도성의 두 번째 부품으로 코로나 방전이 일어날 수 있으며, 상기 두 번째 부품은 가스 공급 시스템의 상류, 즉 공급된 작업 가스의 유동 방향으로 이온화 챔버의 전방에 배열되어 있다. 상기 가스 공급 시스템에 가스가 통과하는 다공성 유전체를 포함하는 절연체를 삽입함으로써 코로나 방전이 방지되고, 동시에 이온화 챔버로 작업 가스를 공급하는 것이 가능해 진다. 유리하게 제공된 조절가능한 밸브를 포함하는 가스 공급 시스템의 전도성 두 번째 부품, 특히 금속성 부품은 가스 유동 경로 내의 절연체의 상류에 배열되는 반면, 양극 및 작업 가스의 유동 경로에 있는 전도성의 첫 번째 부품은 절연체의 상류에 배열된다. 특히, 첫 번째 부품은 절연체의 하류 가까이에 놓이는 전기 전도성, 특히 금속성 부품으로 형성되고, 두 번째 부품은 절연체의 상류 가까이에 놓이는 전도성, 특히 금속성 부품으로 형성된다. 가스 기류는 가스가 통과할 수 있는 절연체를 통해 강제로 진행된다. 다시 고전압 플래시 오버가 가능해지는 경로인 절연체를 우회하는 작업 가스의 보조 유동 경로는 제공되지 않는다. 가스가 통과하는 절연체는 바람직하게는 하나의 또는 다수의 가스가 통과하는 절연 유전체에 삽입될 수 있고, 이 절연 유전체에 의해 측면이 둘러싸인다.
가스가 통과하는 절연체를 가스 기류의 유동 경로에 삽입하는 것은 특히 이온 가속기의 가스 공급 시스템을 매우 컴팩트하게 만드는데, 이는 접지에 놓이는 가스 공급 시스템과 고압에 놓이는 양극 배열 사이에 절연체의 삽입과 함께 좁은 거리가 유지되어야 하기 때문이다. 바람직하게는 양극 배열 및/또는 가스 공급 시스템의 전도성 부품들로부터 절연체의 거리는 절연체를 통과하는 작업 가스의 메인 흐름 방향에 수직 방향의 절연체의 최소 치수보다 작을 수 있고, 특히 작업 가스의 메인 흐름 방향의 절연체의 최소 치수보다 작을 수 있다. 바람직하게는 상기 절연체는 디스크 형상으로 형성되고, 디스크 면이 작업 가스의 메인 흐름 방향에 수직으로 배열된다. 상기 절연체는 바람직하게는 양극 배열의 이온화 챔버 맞은편 쪽에 배열된다.
전술한 장점에 따라 이온화 챔버의 전극과 가스 공급 시스템에서 나온 상류의 전도성 부품 사이의 고압으로 분리된 전위의 두 개의 전도성 부품 사이에 가스가 통과하는 다공성 절연체를 구비한 고압 절연체 배열은 일반적으로 고압과 전도성 부품 사이 공간에 가스 발생을 포함하는 진공 적용예, 특히 우주선 구동 장치로서 이온 가속기 배열에 사용되기에 유리하다. 일반적 적용예에서, 고압으로 분리된 서로 다른 전위의 두 개의 전도성 부품은 절연기에 의해 서로에 대해 절연되고, 상기 절연기의 적어도 일부는 가스가 통과하는 다공성 절연체로 형성된다. 상기 절연기는 전도성 부품 중 하나를 완전히 둘러쌀 수 있다. 상기 고압 절연체 배열은, 사이에 고압의 정전기장이 관통하는 서로에 대해 절연된 부품들 사이의 공간에서 가스가 발생할 수 있는 경우 중요하다. 특정 압력 및 고압 상태가 존재한다면 가스에서 플라스마에 의해 전류 경로, 특히 직류 경로가 발생할 수 있다. 첫 번째 전도성 부품 쪽에 있는 첫 번째 부품 공간과 두 번째 전도성 부품 쪽에 있는 두 번째 부품 공간 사이에서 가스가 통과할 수 있는 절연체를 통해 가스 기류가 형성될 수 있다. 가스가 흘러 직류 경로가 형성될 수 있는 절연체를 우회하는 보조적 가스 유동 경로는 제공되지 않는다.
상기 고압 절연체 배열은 특히 고압 소스와 예컨대 이온 가속기 작동 중 접지 전위에 대한 고압의 전극 사이의 해제가능한 커넥터의 경우 유리하다. 상기 커넥터는 바람직하게는 고압 소스와 하나 또는 다수의 작동 모듈의 분리 제조로부터 실험 조치를 넘어 우주선에 장착하기까지, 고압 소스와 구동 모듈의 전극 사이의 특히 절연된 케이블을 통한 전도체 접속은 재차 해제될 수 있고, 이로 인해 전체 배열은 도전체 접속을 일회적으로 절연체로 케이싱하는 경우보다 훨씬 용이하게 조작할 수 있다.
또한, 절연 장치에서 가스가 통과하는 다공성 절연체는 케이싱 또는 다른 가스가 통하지 않는 전도성 부품의 절연 덮개보다 전반적으로 더 오랜 내구성을 가지는 것이 증명되었다. 이는, 우주선 및 고압 적용예에 적합한 종래의 플라스틱 절연재가 특히 전도체와 절연체 사이에 여전히 종종 가스가 내포되며, 여기에 마이크로 플라스마가 생성될 수 있고, 이는 사간이 지남에 따라 전도성 부품들 사이에 코로나 방전이 발생할 수 있을 정도로 절연 장치를 손상시킬 수 있다는 인식에 기인하는 것이다. 가스가 통하는 절연체로 인해, 존재할 수 있는 내포 가스는 주변 공간으로 가스가 유도됨으로써 용이하게 제거된다.
또한, 다공성 절연체는 절연 장치 주변의 가스가 중간 압력 영역 또는 변하는 가스 압력의 경우 고압 영역에 있을 때 특히 유리하다. 가스가 중간 압력 영역에 있을 때 절연 장치의 내부 또는 외부에서 플라스마가 점화될 수 있지만, 전도성 부품 사이를 관통하는 직류 경로는 형성될 수 없다. 절연 장치의 공동 내부 및 외부에서의 기공 절연체의 가스 투과성 때문에 중간 압력 영역이 다시 배출된다면 존재하는 플라스마가 사라지거나 또는 새로운 플라스마가 점화되지 않는다.
가스가 통과하는 절연체는 예를 들어 다공성 발포체 또는 바람직하게는 다공성 세라믹 재료로 형성될 수 있다. 고압에 의해 발생되는 부품들 사이의 전기장 방향으로 다공성 유전제의 평균 구멍 크기는 바람직하게는 100㎛ 이하이다. 절연체는 특히 고압에 의해 발생되는 전기장 방향으로 가스가 통하는 절연체의 공동의 크기가 디바이 길이(Debye length)보다 작은 것이 바람직하다. 절연체를 통한 가스의 유동 경로는 바람직하게는 가스 유입면과 가스 배출면 사이의 직선 경로에 대해 편향되어 있다. 가스가 통하는 절연체는 또한 다수의 부품들로 형성될 수도 있다.
본 발명은 이하 첨부된 도면을 참조한 바람직한 실시예를 통하여 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 절연체를 구비한 가스 공급 시스템을 도시한 것이고,
도 2는 절연체를 구비한 분리형 전도체 접속을 도시한 것이고,
도 3은 도 2에 따른 배열의 변형예를 도시한 것이다.
도 1은 우주선 구동을 위한 정전기 이온 가속기의 구동 배열을 개략적으로 도시한 것이다. 이 배열은 종래 방식의 이온화 챔버(IK)를 구비하며, 이 챔버는 종방향(LR)으로 광선 배출구(AO)에서 일면이 개방되어 있으며 종방향으로 광선 배출구(AO) 맞은편에 양극 배열(AN)을 포함한다. 상기 이온화 챔버는 측면이 바람직하게는 유전체, 예컨대 세라믹 재료로 구성되고 특히 링형 단면을 가지는 챔버 벽(KW)으로 구성된다. 도시된 실시예에서 상기 양극 배열(AN)은 양극(AE) 및 양극 바디(AT)로 구성된다. 광선 배출구의 영역에는, 바람직하게는 광선 배출구에서 측면으로 떨어져 음극 배열(KA)이 배치되어 있다. 양극(AE) 및 음극 배열(KA) 사이에 고압이 걸리며, 이 고압은 이온화 챔버에서 종방향(LR)으로 향하는 전기장을 생성하고, 이 전기장을 통해 이온 챔버에서 이온화된 작업 가스의 이온이 가속화되어 플라스마 광선(PB)으로서 챔버로부터 종방향으로 배출된다. 일반적으로 음극은 구동 배열을 포함하는 우주선의 접지 전위에 놓이고 양극 배열은 고압 소스의 고압 전위(HV)에 놓인다. 이온화 챔버에는 자기장이 또한 존재하며 이 자기장의 흐름은 구동 배열의 구성 방식에 의해 좌우되고, 특히 바람직한 알려진 예에서 교류 양극성을 가지는 종방향으로 떨어져 있는 다수의 첨단 구조를 포함한다. 자기장을 생성하는 자석 배열은 예컨대 전술된 선행 기술로부터 공지되어 있으며, 본 발명의 명확한 설명을 위하여 도 1에는 포함되어 있지 않다.
작업 가스(AG), 예컨대 제논은 가스 소스로서 공급 탱크(GQ)에 저장되어 있으며 가스 공급 라인(GL) 및 조절 가능한 밸브(GV)를 통해 이온화 챔버(IK)에 공급되며, 도시된 예에서 이온화 챔버로의 작업 가스를 주입은 양극 배열의 이온화 챔버 맞은편 쪽에서부터 흐름 방향을 나타내는 화살표 방향을 따라 상기 양극 배열의 측면을 지나 주입된다.
가스 공급 라인(GL) 및 가스 공급 시스템의 다른 부품들은 일반적으로 접지 전위에 놓이고, 따라서 상기 부품들과 양극 배열(AN) 사이에는 고압이 걸리고, 가스 소스(GQ)의 작업 가스가 이온화 챔버에 공급되는 동안 중간 압력 영역에 있는 작업 가스로 인해 양극 배열과 접지 전위(M)에 있는 부품들 사이에는 코로나 방전의 위험이 있다. 가스에 의해 가스 방전이 점화할 수 있는 압력 영역은 중간 압력 범위로 이해된다. 중간 압력 영역은 고압에 의해 좌우된다.
접지 전위에 있는 가스 공급 시스템의 부품, 예컨대 가스 공급 라인(GL)과 양극 배열 사이에 다공성 유전체로 구성된 가스가 통하는 절연체(IS)가 작업 가스의 유동 경로에 삽입되며, 상기 절연체는 바람직하게는 다공성 세라믹으로 형성된다. 상기 절연체는 바람직한 실시 형태에서 디스크 형태로 형성되고 가스 유입면(EF)과 가스 배출면(AF) 사이에서 디스크 판이 절연체를 통한 메인 유동 방향에 수직으로 배열된다. 절연체를 통한 메인 유동 방향은 도시된 예에서 종방향(LR)에 평행하게 뻗어 있다. 절연체의 디스크 판은 양극 및 양극 배열의 양극 바디에 대해 평행하게 배열되며, 상기 양극 및 양극 바디는 바람직하게는 또한 디스크 형상으로 형성된다. 양극 바디(AT)와 절연체(IS) 사이에는 바람직하게는 가스 전도성 조리개 배열(GB)이 삽입되며, 이 조리개 배열은 바람직하게는 금속성이고 접지에 대해 고압을 갖는 양극 전위에 놓인다.
상기 절연체는 구동 배열의 작동시 발생하는 고압에 대해 절연 내력을 가진다. 배열의 작동시 필수적으로 가스 배출면(AF)에서 양극 배열의 고압 전위(HV)가 급작스럽게 발생하고, 필수적으로 가스 유입면(EF)에서 접지 전위(M)가 발생하며, 따라서 접지 전위에 있는 가스 공급 라인(GL)과 절연체의 가스 유입면(EF) 사이의 가스가 찬 용적(VM) 및 양극 배열과 가스 배출면(AF) 사이의 VA는 각각 장(field)이 없고, 코로나 방전이 발생하지 않는다.
절연체는 바람직하게는 가스 유입면(EF)와 가스 배출면 사이를 직선으로 관통하여 개방된 구조를 갖지 않는다. 가스 유입면과 가스 배출면 사이에서 작업 가스의 유동 경로는 직선 경로에 대해 편향되어 있으며, 특히 서로 연결되어 절연체 내에 분포되어 있는 미세한 공동이 형성되어 있으며 일반적으로 복잡하게 얽혀 있다. 가스 유입면 및 가스 배출면에 수직 방향의 공동 평균 치수는 바람직하게는 100 ㎛ 이하이다. 이에 비하여 가스 유입면과 가스 배출면에 대해 평행한 방향의 공동 크기, 즉 고압에 의해 발생하는 장(field) 방향에 수직인 공동의 크기는 별로 중요하지 않으므로 예컨대 전기장 방향에 수직인 섬유 방향을 가지는 섬유 재료로 구성된 절연체가 또한 사용될 수 있다. 가스 유입면 및 가스 배출면에 대해 수직 방향의 공동의 평균 치수는 바람직하게는 디바이 길이(Debye length)보다 작으며, 이는 주어진 작동 조건, 특히 공지된 작업 가스의 최대 압력에서 공지된 공식으로부터 나오며, 상기 작업 가스의 압력은 예를 들어 가스 유입면(EF)의 측면에서 일반적으로 30-150 mbar의 범위에 놓이고, 가스 배출면에서 1 mbar 이하의 범위에 놓인다.
디스크 판에서 절연체의 최소 횡방향 치수는 바람직한 실시예에서 양극 배열에서 가스 배출면의 거리 및/또는 가스 공급 라인에서 가스 유입면의 거리보다 커야하므로 작업 가스의 유동 방향으로 구성의 길이가 작게 구현될 수 있다. 절연체는 하나 또는 다수의 가스 밀폐 절연체(KK)를 구비한 절연체 배열에서 배치되며, 상기 가스 밀폐 절연체는 개략적으로 도시된 바와 같이 챔버 벽에 직접 또는 간접적으로 기계적으로 연결되어 있다. 절연체(IS)는 가스 밀폐 절연체(KK)의 배열에서 가스 공급 시스템의 전체 단면을 채우며, 따라서 코로나 방전, 플라스마 확산 또는 그 밖의 전류 전도성 경로가 생겨날 수 절연체를 관통하는 경로가 존재하지 않는다.
도 2는 고압 전도 부품으로서 커넥터에 있는 가스가 통하는 다공성 절연체를 구비한 고압 절연체 배열의 사용을 도시하고 있다. 커넥터(SV)에서, 예컨대 고압 전위(HV)의 고압 소스로부터 도 1에 따른 양극 배열(AN)과 같은 전극에 전력을 공급하기 위해, 전류를 전도하는 두 개의 라인 섹션(K1, K2)이 서로 연결된다. 두 개의 라인 섹션(K1, K2)은 각각 내부 전도체(L1, L2) 및 절연 외피(M1, M2)를 구비하고 있다. 특히 라인 섹션 K1은 고압 소스로부터 나오는 가요성 케이블일 수 있으며, 라인 섹션 K2는 이온 가속기 구동 모듈의 연결부일 수 있다. 절연 외피(M1)는 예컨대 PTFE로 만들어진 가요성 케이블 외피일 수 있으며, 또는 예컨대 절연 재료로 구성된 관일 수 있다.
커넥터(또는 파괴되지 않고 해제가능한 다른 연결 장치)는 바람직하게는 두 개의 내부 전도체의 전기적 연결이 파괴되지 않고 해제 가능하게 하며, 따라서 예컨대 구동 배열을 실험을 위해 연결하고 구동 배열과 고압 소스를 우주선에 설치하는 동안 이를 해제하고 그 후 이를 다시 연결하는 것이 가능하며, 여기서 고압을 가이드 하는 커텍터는 실험 단계 중에도 접지 전위(M)에 놓이는 부품에 대해 절연 내력을 가져야 한다.
커넥터는 두 전도체의 종방향(LL)으로 뻗어 있는 절연 장치(IV)에 의해 둘러싸여 있으며, 상기 절연 장치는 두 전도체의 절연 외피(M1, M2)를 지나 커넥터를 완전히 둘러싸고 있다. 고압 소스로부터 내부 전도체에 고압이 적용될 때, 일반적으로 절연 장치 외부에는 진공이 형성된다. 절연 장치 내에서, 노출된 커넥터 둘레의 빈공간(HO)에는, 장착으로부터 발생한 가스가 여전히 존재할 수 있고 또는 시간이 경과 한 후 내부 전도체(L1, L2)와 절연 외피(M1, M2) 사이의 경계층으로부터 커넥터 둘레 공간으로 유입될 수 있다. 커넥터 둘레의 빈공간에 있는 가스는 빈공간에 플라스마 생성을 야기할 수 있으며, 이 플라스마는 시간이 경과하면서 절연 장치에 손상을 줄 수 있다. 절연 장치는, 연결 위치에서 경우에 따라 빈공간(HO)에서 발생하고 접지 전위(M)로 플래시오버를 발생시키는 플라스마가 관통할 수 없도록 케이블 외피(M1, M2)에 대해 밀폐된다. 커넥터 주변의 빈공간(HO)를 한정하는 절연 장치의 벽 중 적어도 일 부분은 가스가 통하는 다공성 절연체(VK)로 형성되며, 상기 절연체는 도 1에 따른 실시예의 절연체(IS)와 유사한 특성을 가지면서도 가스가 빈 공간(HO)으로부터 주변 진공으로 유출되게 하지만, 경우에 따라 빈공간에서 발생하는 플라스마가 빈공간 외부의 접지 전위에 있는 전도성 부품으로 스며드는 것을 억제한다. 도 2에 도시된 고압 절연체 배열을 포함하는 장치, 예를 들어 우주에서 우주선의 이온 가속기 배열의 작동 중, 예를 들어 내부 전도체와 절연 외피 사이의 가스 버블로부터 가스 서지(gas surge)가 빈 공간(HO)에서 발생한다면 플라스마가 형성될 수 있으며, 그러나 플라스마는 절연체(VK)를 통해 외부로 빠져나갈 수 없고 가스는 다공성 절연체를 통해 외부로 방출되기 때문에 플라즈마는 급속히 다시 없어진다. 이와 반대로, 절연 케이싱 재료로 커넥터를 가스 밀폐 케이싱한 경우 커넥터 영역에서 가스가 발생하면 점화된 플라스마가 오랫동안 연소할 수 있고 및/또는 계속해서 점화할 수 있고, 경우에 따라 접지에 놓인 부품 방향으로 플라스마가 통과할 수 있는 경로를 노출시킨다. 절연체를 통해 외부로 유출되는 가스는 절연 장치(IV)의 외부에서 플라스마 형성 또는 코로나 방전을 위해 필요한 임계 압력에 도달하지 못한다.
전도체(K1, K2)로부터 빈 공간(HO)으로 유입된 가스가 아주 소량인 경우에만 처음부터 빈공간에서 플라스마가 생성되지 않으며, 이는 절연체의 가스 투과성 때문에 임계 최소 압력에 도달하지 않고 소량의 가스가 축적되지 않기 때문이다.
도 3은 도 2에 따른 실시예의 변형예로서 고압 절연체 배열을 도시하고 있다. 여기서 관형 절연체(IR)는 비가요성(non-flexible) 라인 섹션(K32)의 내부 전도체(L32)를 직접적으로 둘러싸며, 도 2에 도시된 것과 같이, 라인 섹션(K1)의 절연 외피(M1)를 지나 연장되어 있다. 상기 절연체는 다시 외부 튜브(AR)로 둘러싸일 수 있으며, 이는 또한 전도성으로 접지 전위에 놓일 수 있다. 한편으로 가스가 절연체를 통해 커넥터 둘레의 빈공간으로부터 주변 진공(VA)으로 방출될 수 있고 다른 한편으로 플라즈마가 빈공간으로부터 외부 진공으로 또는 전도성 부품으로 빠져나가는 경로가 없다는 것이 보장된다면, 절연 외피(M11)를 둘러싸는 절연체(IR)의 끝에 봉단 캡(EK)이 씌워질 수 있고, 이 캡은 종방향으로 외부 파이프(AR)에 고정될 수 있다.
도 2 및 도 3의 실시예에 따른 고압 절연체 배열의 경우, 짧은 시간 동안 빈공간에서 형성되고 빈공간에서 플라스마 생성을 위해 충분한 가스 압력은 도 1의 실시예의 절연체(IS) 및 상기 절연체 내부에 있는 작업 가스의 압력보다 일반적으로 현격히 낮으며 상기 플라스마의 전자 밀도 또한 낮기 때문에, 도 2 및 도 3에 따른 배열에서 디바이 길이는 일반적으로 도 1에 따른 실시예의 경우보다 크며, 따라서 도 2 또는 도 3에 따른 적용예의 다공성 절연체의 평균 구멍 크기 배열시 도 1에 따른 실시예의 경우보다 큰 값이 용인될 수 있다.
도 2 또는 도 3에 따른 고압 절연체 배열의 빈공간 외부에서 중간 압력 범위의 가스 압력이 발생할 경우, 점화 조건이 충족되면 빈공간 내부뿐 아니라 외부에서도 플라스마가 점화할 수 있다. 그러나 플라스마는 다공성 절연체를 통과하지 못하며, 따라서 부품들 사이에서 연속적인 직류 경로가 형성될 수 없다. 중간 압력 범위가 약해진 후, 특히 고압 절연체 배열 둘레에 진공이 형성된 후에, 상기된 절연 기능이 다시 제공된다.
상기된 특징들, 청구항 기재의 특징들 및 도면에서 유추될 수 있는 특징들은 독립적으로 또는 다양하게 조합되어 유리하게 구현될 수 있다. 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않으며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진자의 능력 범위 내에서 여러 다른 방식으로 변형될 수 있다.

Claims (12)

  1. 사이에 고압이 제공될 수 있고 공간을 두고 분리되어 있는 제1 전도성 부품(SV) 및 제2 전도성 부품(M)을 구비하고, 상기 공간에는 때때로 가스를 포함할 수 있는 고압의 전기장이 관통하며, 상기 공간에는 상기 두 개의 전도성 부품을 서로에 대해 절연시키는 절연기(IV)가 구비되는, 고압 절연체 배열에 있어서,
    상기 절연기는 적어도 부분적으로 가스가 투과할 수 있는 다공성 유전체로 구성된 절연체(VK, IR)로 형성되고,
    상기 전도성 부품 중 하나는 양극 및 이와 연결된 정전기 이온 가속기 배열의 전도성 요소로 형성되고, 상기 전도성 부품 중 다른 하나는 가스 공급 시스템의 부품들로 형성되어 작업 가스가 이온 가속기 배열의 이온화 챔버로 주입될 수 있으며, 절연체는 작업 가스가 흐르고 유동 경로의 단면을 채우고,
    상기 절연체는 양극에 대해 평행하게 배열된 디스크 판을 구비하는 것을 특징으로 하는 고압 절연체 배열.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 유전체는 다공성 세라믹인 것을 특징으로 하는 고압 절연체 배열.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 절연체를 관통하는 가스 가이드 경로는 직선 경로에 대해 편향되어 있는 것을 특징으로 하는 고압 절연체 배열.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연체의 공동(pore cavities)은, 고압에 의해 형성된 전기장의 방향에 평행한 방향으로 디바이 길이(Debye length)보다 짧은 것을 특징으로 하는 고압 절연체 배열.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절연기(IV)는 상기 전도성 부품 중 하나(SV)를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 고압 절연체 배열.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 유전체의 평균 기공 크기는 100 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 고압 절연체 배열.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 부품 중 하나(SV)는, 전도체 접속부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 절연체 배열.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    양극(AE)은 이온화 챔버(IK)의 광선 배출구(AO) 맞은편 단부에 배치되고, 절연체(IS)는 양극의 이온화 챔버(IK) 맞은편에 배치되는 것을 특징으로 하는 고압 절연체 배열.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 절연체의 양극 쪽 면은 양극 전위의 금속 표면으로부터 양극 방향으로 거리를 두고 있으며, 상기 거리는 양극 방향에 수직인 방향의 절연체의 치수보다 작은 것을 특징으로 하는 고압 절연체 배열.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 절연체는 디스크 형상으로 형성되고, 절연체를 통한 평균 가스 흐름 방향은 상기 디스크 면에 대해 수직으로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 고압 절연체 배열.
  12. 이온화 챔버(IK), 제1 전도성 부품으로서 상기 이온화 챔버에 배치되는 양극(AE), 및 작업 가스(AG)를 상기 이온화 챔버로 주입하기 위한 가스 공급 시스템(GV, GL, GQ)을 포함하는 정전기 이온 가속기 배열에 제1항에 따른 고압 절연체 배열을 사용하는 방법으로서, 장(field)이 상기 이온화 챔버를 관통하고 정전기 양이온을 광선 배출구 방향으로 가속화하며, 상기 양극(AE)은 가스 공급 시스템의 상류에 배치된 제2 전도성 부품(GL, GV, GQ)에 대하여 고전압(HV)이 걸리고, 다공성 유전체로 구성된 가스가 투과할 수 있는 절연체(IS)가 가스 공급 시스템의 유동 경로에 배치되며, 작업 가스(AG)는 절연체를 통하여 이온화 챔버(IK)로 흐르고, 양극 및 상기 양극의 전위에 있는 부품들은 작업 가스의 유동 경로에서 완전히 절연체의 하류에 위치해 있는 방법.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102767497B (zh) * 2012-05-22 2014-06-18 北京卫星环境工程研究所 基于空间原子氧的无燃料航天器推进系统及推进方法
US9212785B2 (en) * 2012-10-11 2015-12-15 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Passive isolation assembly and gas transport system
CN103775297B (zh) * 2014-03-04 2016-06-01 哈尔滨工业大学 多级尖端会切磁场等离子体推力器分段陶瓷通道
DE102016207370A1 (de) * 2016-04-29 2017-11-02 Airbus Ds Gmbh Gaseinlass für ein Ionentriebwerk
DE102016223746B4 (de) * 2016-11-30 2018-08-30 Arianegroup Gmbh Gaseinlass für ein Ionentriebwerk
CN108187913B (zh) * 2018-01-31 2024-03-12 佛山市科蓝环保科技股份有限公司 一种工业油烟净化设备的电场瓷瓶保护装置
US11839012B2 (en) * 2019-12-12 2023-12-05 Hiroki Shibuya Static eliminator

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2775640A (en) * 1952-10-01 1956-12-25 Exxon Research Engineering Co Method and means for insulating high voltage electrodes
US5490910A (en) * 1992-03-09 1996-02-13 Tulip Memory Systems, Inc. Circularly symmetric sputtering apparatus with hollow-cathode plasma devices
US20030157000A1 (en) * 2002-02-15 2003-08-21 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Fluidized bed activated by excimer plasma and materials produced therefrom
JP2003301768A (ja) * 2002-04-09 2003-10-24 Astrium Gmbh 高周波電子源特にニュートラライザー

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3270498A (en) * 1963-11-05 1966-09-06 Gen Electric Controllable vaporizing gas accelerator
US3343022A (en) * 1965-03-16 1967-09-19 Lockheed Aircraft Corp Transpiration cooled induction plasma generator
US3328960A (en) * 1965-08-16 1967-07-04 Thomas W Martin Ion propulsion system employing lifecycle wastes as a source of ionizable gas
DE2052014A1 (de) * 1970-10-23 1972-04-27 Messerschmitt Boelkow Blohm Ionentriebwerk
JPS60264016A (ja) * 1984-06-12 1985-12-27 Mitsubishi Electric Corp ホロ−カソ−ド
JPS6477764A (en) * 1987-09-18 1989-03-23 Toshiba Corp Hall type ion thruster
FR2692730B1 (fr) * 1992-06-19 1994-08-19 Air Liquide Dispositif de formation de molécules gazeuses excitées ou instables et utilisations d'un tel dispositif.
RU2079985C1 (ru) * 1995-05-03 1997-05-20 Институт электрофизики Уральского отделения РАН Вакуумный диод с бегущей волной (варианты)
US6612105B1 (en) * 1998-06-05 2003-09-02 Aerojet-General Corporation Uniform gas distribution in ion accelerators with closed electron drift
US6215124B1 (en) 1998-06-05 2001-04-10 Primex Aerospace Company Multistage ion accelerators with closed electron drift
EP1082541B1 (en) * 1998-06-05 2002-10-09 General Dynamics OTS (Aerospace), Inc. Uniform gas distribution in ion accelerators with closed electron drift
DE10130464B4 (de) 2001-06-23 2010-09-16 Thales Electron Devices Gmbh Plasmabeschleuniger-Anordnung
US6982520B1 (en) * 2001-09-10 2006-01-03 Aerojet-General Corporation Hall effect thruster with anode having magnetic field barrier
ATE454553T1 (de) * 2004-09-22 2010-01-15 Elwing Llc Antriebssystem für raumfahrzeuge
JP2009507344A (ja) 2005-08-30 2009-02-19 アドバンスト テクノロジー マテリアルズ，インコーポレイテッド 低圧ドーパントガスの高電圧イオン源への配送

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2775640A (en) * 1952-10-01 1956-12-25 Exxon Research Engineering Co Method and means for insulating high voltage electrodes
US5490910A (en) * 1992-03-09 1996-02-13 Tulip Memory Systems, Inc. Circularly symmetric sputtering apparatus with hollow-cathode plasma devices
US20030157000A1 (en) * 2002-02-15 2003-08-21 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Fluidized bed activated by excimer plasma and materials produced therefrom
JP2003301768A (ja) * 2002-04-09 2003-10-24 Astrium Gmbh 高周波電子源特にニュートラライザー

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JP5449166B2 (ja) 2014-03-19

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