KR101585889B1 - 고효율 할로우 음극과 이를 적용한 음극 시스템 - Google Patents

고효율 할로우 음극과 이를 적용한 음극 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101585889B1
KR101585889B1 KR1020140023495A KR20140023495A KR101585889B1 KR 101585889 B1 KR101585889 B1 KR 101585889B1 KR 1020140023495 A KR1020140023495 A KR 1020140023495A KR 20140023495 A KR20140023495 A KR 20140023495A KR 101585889 B1 KR101585889 B1 KR 101585889B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hollow cathode
tube
cathode
insert
hollow
Prior art date
Application number
KR1020140023495A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150101787A (ko
Inventor
최원호
임유봉
김호락
박주영
선종호
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020140023495A priority Critical patent/KR101585889B1/ko
Priority to PCT/KR2015/001685 priority patent/WO2015130050A1/ko
Priority to US15/121,502 priority patent/US10032594B2/en
Publication of KR20150101787A publication Critical patent/KR20150101787A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101585889B1 publication Critical patent/KR101585889B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/025—Hollow cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J23/00—Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J25/00
    • H01J23/02—Electrodes; Magnetic control means; Screens
    • H01J23/04—Cathodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/40—Arrangements or adaptations of propulsion systems
    • B64G1/405—Ion or plasma engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H—PRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H1/00—Using plasma to produce a reactive propulsive thrust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H—PRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H1/00—Using plasma to produce a reactive propulsive thrust
    • F03H1/0006—Details applicable to different types of plasma thrusters
    • F03H1/0031—Thermal management, heating or cooling parts of the thruster
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H—PRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H1/00—Using plasma to produce a reactive propulsive thrust
    • F03H1/0037—Electrostatic ion thrusters
    • F03H1/0062—Electrostatic ion thrusters grid-less with an applied magnetic field
    • F03H1/0068—Electrostatic ion thrusters grid-less with an applied magnetic field with a central channel, e.g. end-Hall type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J23/00—Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J25/00
    • H01J23/02—Electrodes; Magnetic control means; Screens
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32532—Electrodes
    • H01J37/32596—Hollow cathodes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

본 발명은 고효율 할로우 음극와 이를 적용한 음극 시스템에 관한 것으로서, 두 개 이상의 내화 금속 파트로 구성되는 튜브; 상기 튜브의 끝단에 각각 형성되는 가스 공급부 및 가스 출구; 상기 튜브의 내부에 장착되는 인서트;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 두 개 이상의 물질을 이용하여 할로우 음극을 구성하여 열적 안정성, 수명 및 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 그에 따른 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

고효율 할로우 음극과 이를 적용한 음극 시스템{Efficient Hollow cathode and power supply}
본 발명은 고효율 할로우 음극과 이를 적용한 음극 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래의 산업용 할로우 음극의 열적/전기적 안정성과 수명 및 효율을 높일 수 있도록 한 고효율 할로우 음극과 이를 적용한 음극 시스템에 관한 것이다.
할로우 음극은 플라즈마 방전을 통해 비교적 많은 열전자를 방출하며 긴 수명을 가지는 전자 빔 소스이다.
종래의 산업용 할로우 음극은 외형적으로 내화 금속(refractory-metal) 재질의 튜브 형태이며, 단일 재질(일반적으로 Tantalum)의 튜브 내부에 열전자가 방출되는 인서트(일반적으로 Tantalum foil)와 인서트가 높은 온도에서 유지되도록 여러 층의 열방사 차폐 층(thermal radiation shielding layers)을 가진다.
그리고 인공위성용 전기 추력기를 위한 할로우 음극은 내화 금속 재질의 튜브, 낮은 일함수(대표적으로 LaB6)를 가지는 인서트, 그리고 인서트를 가열하고 열손실을 줄이기 위한 히터와 열방사 차폐 층로 구성된다.
할로우 음극은 열전자를 방출하기 위해 음극 앞에 작은 구멍(예를 들어, 직경 0.8 mm)이 있는 디스크 형태의 키퍼(전극)와 음극과 키퍼의 중심 축을 맞추고 일정 거리를 유지시켜주는 바디와 함께 구성된다.
할로우 음극의 동작을 위해 음극과 키퍼 사이의 플라즈마 초기 방전을 위한 높은 전압을 출력하는 파워(starter power supply)와 방전을 유지시켜주는 파워(keeper power supply), 그리고 플라즈마 방전을 위해 음극으로 공급되는 가스 공급부가 필요하다.
여기서 플라즈마 방전을 위해 음극에 음의 전위가 인가하기 위해 가스 공급부와의 연결 및 음극의 고정을 위해 전기적 절연체를 사용한다. 특히 음극의 가스 공급선과의 절연 연결에서는 일반적으로 절연 튜브(cryogenic break)가 사용된다.
한편 산업용 장비들은 일정 주기의 유지보수가 필요하며, 이로 인하여 산업용 음극선의 반복적인 대기(특히, 수분 및 산소) 노출은 불가피하다. 낮은 일함수를 가지는 물질(대표적으로 LaB6)은 이와 같은 대기 노출에 의한 물성 변화로 일함수가 높아져 그 성능이 크게 떨어진다.
따라서 낮은 일함수 재질의 인서트를 사용하는 할로우 음극은 대기 노출 우려가 없는 인공위성 용으로 주로 적용되며, 장시간(10,000 시간 이상) 안정적으로 동작을 할 수 있다. 반면, 지속적인 대기 노출되는 산업용 적용 시 그 수명이 크게(1,000 시간 이하로) 떨어진다.
산업용 할로우 음극은 낮은 일함수를 가지는 물질을 사용하는 대신, 대기 노출에 대해 안정적인 내화 금속(예를 들어, Titanium, Tungsten, Rhenium, Hafnium 등)을 사용한다(US 2004/0000853 A1, U.S. Patent Jul. 13, 1982 4,339,691). 일함수, 녹는점, 열전도도, 및 재료 원가 등을 고려하여 Tantalum이 일반적으로 사용되고 있다.
대표적으로 낮은 일함수를 가지는 LaB6(일함수: 3 eV 이하)를 인서트로 사용하는 할로우 음극은 급격한 승온에 대해 인서트의 열적 손상 우려가 있기 때문에 히터를 사용하여 점차적으로 승온한다.
반면, 산업용 할로우 음극은 열적으로 안정적인 내화 금속을 사용한다. 낮은 비열의 인서트(대표적으로 얇은 포일, 예를 들어 0.013 mm의 두께)를 설계하여 플라즈마 방전을 통한 빠른 승온이 가능하여, 상대적으로 적은 전력 사용으로 초기 방전을 할 수 있다.
하지만 상대적으로 높은 일함수(Tantalum의 경우, 4.1 eV)를 가지기 때문에, 열전자 방출을 위해 높은 온도(Tantalum의 경우, 2,400 K 이상) 도달이 요구된다. 이는 Richardson's law에서 단위 면적당 방출되는 열전자 양은 T2exp(-W/kBT)로 일함수 값과 지수관계를 가지기 때문이다. 요구되는 온도가 높아질수록 열방사에 의한 열손실이 온도의 4승에 비례해서 크게 커지고(Stefan?oltzmann law: Thot 4 - Tcold 4), 요구되는 전력이 급격히 높아진다.
따라서 할로우 음극은 내화 금속 재질(일반적으로 Tantalum)의 열방사 차폐 층을 이용하여 손실열과 필요 전력을 줄이고 열적 안정성을 높인다.
그러나 종래 기술은 열방사 차폐층을 이용하여 열손실을 일부 줄이고 있으나, 열전도에 의한 열손실은 충분히 줄이지 못하는 구조를 가지는데 이는 단일 물질의 튜브를 사용하고 있어 열전도에 의한 열손실을 줄이는데 제작 가능성과 열적 안정성 측면에서 한계를 가지기 때문이다.
예를 들어, 동일한 인서트를 가지는 할로우 음극은 Tantalum (thermal conductivity: 57.5 W/mK)보다 열전도도가 높은 내화 금속인 Molybdenum (thermal conductivity: 138 W/mK) 튜브가 사용될 경우 동일 플라즈마 방전조건에서 동작하지 않으며, 이는 전도에 의한 열손실 증가가 가장 큰 원인이다.
Titanium은 상대적으로 낮은 열전도도(thermal conductivity: 21.9 W/mK)를 가지는 물질을 튜브로 사용하는 것은 열손실의 측면에서는 유리하며, 재료 원가 측면에서 Tantalum보다 20배 이상 저렴하다는 장점을 가지고 있지만, 낮은 녹는점(1,941 K)으로 인하여 사용이 불가하다.
반면, Hafnium은 낮은 전기 전도도(thermal conductivity: 23 W/mK)와 내화 금속 중에서 낮은 일함수(3.9 eV), 그리고 충분히 높은 녹는점(2,506 K)을 가지고 있어, 음극의 튜브 및 인서트로의 적용이 효과적이지만, 매우 비싼 재료 원가로 산업용 음극으로 적용에 있어 제품의 시장 경쟁력이 낮다는 문제점을 가진다.
따라서 종래의 산업용 할로우 음극은 물리적 특성과 원가를 바탕으로 Tantalum을 가장 많이 사용하고 있지만, 이는 단일 물질로 음극을 제작한다는 불필요한 전제가 음극의 최적화를 제한하는 것이다.
또한 할로우 음극은 플라즈마 방전(ion bombardment)에 이용한 인서트를 승온시키고 열전자 방출하는 원리로 동작하는데, 종래의 산업용 할로우 음극은 일반적으로 얇은 내화 금속 포일(인서트)을 사용하고 있다.
인서트가 높은 온도를 유지하기 위해서 플라즈마로부터 일정한 열이 전해지는데, 이는 인서트에 지속적인 이온 충돌로 물리적인 손상이 일어나는 것이다. 특히, 얇은 포일은 이온 충돌에 쉽게 손상되고, 열방사 차폐 효율을 떨어뜨려 더 많은 전력이 요구되고 열전자를 방출하는 유효면적을 줄어들어 동일 방전 조건에서 열전자 방출 전류량이 줄어든다.
이때 할로우 음극의 초기 방전을 위해서는 음극과 키퍼 사이에 높은 전위차를 인가하는데(U.S. Patent Dec. 24, 1991 5,075,594), 종래의 산업용 음극은 바디 외부에서 가스 공급선과의 절연 연결(cryogenic break)을 하여 큰 전위가 외부에 노출되어 외부에서 플라즈마가 방전되는 등의 전기적인 안정성에 문제가 있다.
또한 높은 전위차를 인가하는 파워(starter power supply)는 초기 방전에만 사용이 되기에 그 사용성 측면에서 경제적이지 않다는 문제점을 가지고 있다.
이를 첨부되는 도면을 참조하여 좀더 구체적으로 살펴보면, 도시된 도 1은 종래 기술의 일 실시 예에 따른 산업용 할로우 음극을 나타낸 단면도로써, 상기 산업용 할로우 음극(1)은 탄탈럼(Tantalum)재질의 튜브(1a)와 인서트(1b)로 구성된다.
여기서 상기 인서트(1b)는 한 층 이상(예를 들어, 15 층)의 얇은(예를 들어, 0.013 mm 두께의) 탄탈럼(Tantalum) 포일로 구성될 수 있으며, 내부 열전자사 방출되는 면에 대한 열방사 차폐층 역할을 수행할 수 있다.
그리고 가스 주입구(1c)에서 주입된 가스는 인서트(1b)를 통과하여 작은 구멍(1d)을 통해 튜브(1a)를 빠져나오고, 상기 튜브(1a)의 앞에 있는 키퍼(1e)의 작은 구멍을 통해 음극에서 빠져나온다.
이때 상기 튜브(1a)와 커퍼(1e) 구멍의 중심축(1f)은 동일선상에 배치되도록 구성하여 상기 튜브(1a)에서 발생한 열전자가 할로우 음극(1) 외부로 잘 방출되도록 한다.
다음으로 도시된 도 2는 종래 기술의 일 실시 예에 따른 산업용 할로우 음극의 온도를 계산할 결과로써, 유한 요소 기법(Finite element method)를 기반으로 열 흐름에 대한 ECM(Equivalent Circuit Model)을 이용하여, 상기 산업용 할로우 음극(1)과 키퍼(1e) 사이에서 방전되는 플라즈마에서 일정한 열원이 주어지는 조건에서 열평형 상태의 온도를 계산한 결과이다.
여기서 플라즈마 열원(35 W)은 음극 튜브(1a)의 열전도가 탄탈럼(Tantalum)가 유사한 50 W/mK인 경우 최고 온도가 2,400 K이 도달하는 조건을 바탕으로 결정하였다.
다음으로 도시된 도 3은 종래 기술의 일 실시 예에 따른 산업용 할로우 음극 구조(1)에서 몰리브덴(Molybdenum)재질의 튜브(1a)를 사용하는 할로우 음극의 온도 분포를 계산한 결과이다.
여기서 몰리브덴(Molybdenum)의 열전도는 약 140 W/mK이며, 상대적으로 높은 열전도로 인하여 동일한 플라즈마 조건(35 W 열원)에서 계산되는 최고 온도가 2,200 K이며, 2,400 K 이상의 온도에 도달하기 위해서는 더 높은 열원이 필요하다.
실험적으로 몰리브덴(Molybdenum)재질의 튜브를 사용할 경우 동일 방전 조건에서 동작하지 않는 것과 상통하며, 음극 튜브 재질이 선택이 중요함을 보여준다.
다음으로 도시된 도 4는 종래 기술의 일 실시 예에 따른 산업용 할로우 음극에서 전자 방출 확률 분포를 계산한 결과이다.
열전자 방출 전류 밀도는 Richardson's Law(J= AT 2 exp (-U/ k B T ), 여기서 A는 상수, T는 음극 표면 온도, k B 는 볼츠만 상수, U는 일함수)를 바탕으로, ECM을 이용하여 계산된 음극의 표면 온도와 Tantalum의 일함수(4.1 eV)를 바탕으로 계산하였다.
계산된 분포에서와 같이 대부분은 열전자는 가장 내부의 몇 얇은 포일에서 방출되는 것을 확인할 수 있으며, 총 방출되는 열전자 전류의 값은 유효 표면적에 비례하기 때문에, 안쪽에 위치한 인서트의 유효 표면적을 늘려 성능을 향상할 수 있음을 알 수 있다.
다음으로 도시된 도 5는 종래 기술의 일 실시 예에 따른 산업용 할로우 음극의 인서트 단면을 나타낸 단면도로써, 상기 인서트(1b)의 가장 안쪽면을 구성하는 내부 인서트(1b-1)는 플라즈마 방전에서 발생되는 이온 충격(ion bombardment)에 직접적으로 노출되어 손상될 수 있으며, 손상으로 인하여 열전자를 방출하는 유효 표면적을 줄이고 성능 저하를 가져온다.
즉 종래의 기술은 얇은 포일(예를 들어, 두께 0.013 mm) 형태를 취하고 있어 이온 충격에 쉽게 손상될 수 있어 성능 개선이 요구되고 있는 실정이다.
또한 종래의 인서트(1b)는 손상된 내부 인서트(1b-1)로 인하여 외부의 얇은 포일 층(1b-2)이 이온 충격에 노출되어 열방사 차폐 층 성능이 떨어져 온도를 유지하기 위해 필요한 열량이 높아져 음극의 성능을 저하시키는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-0899549호 대한민국 등록특허공보 제10-0925015호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 두 개 이상의 물질을 이용하여 음극을 구성함으로써 성능 개선 및 원가 절감 효과를 얻을 수 있도록 하는데 목적이 있다.
또한 튜브의 내부에 삽입되는 인서트를 솔레노이드와 같은 형태로 감은 얇은 와이어 타입으로 구성하여 성능을 개선할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
또한 할로우 음극이 바디 내부에서 가스 공급선과 절연 연결(cryogenic break)하는 구조를 가지도록 구성하여 전기적인 안정성을 높일 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
또한 초기 방전을 위해 사용되는 고전압, 고전력 파워(starter power supply)를 대신하여 저렴한 저전력 파워와 축전기를 이용하여 경제성을 높일 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 두 개 이상의 내화 금속 파트로 구성되는 튜브; 상기 튜브의 끝단에 각각 형성되는 가스 공급부 및 가스 출구; 상기 튜브의 내부에 장착되는 인서트;를 포함한다.
그리고 상기 튜브를 구성하는 파트는 서로 다른 내화 금속 재질로 제작될 수 있다.
또한 상기 튜브는 제 1 파트 및 제 2 파트가 동일한 내화 금속 재질로 형성되며 제 3 파트는 다른 내화 금속 재질로 제작되고, 상기 튜브는 동일하거나 서로 다른 내화 금속 재질의 튜브 파트로 구성될 수 있고, 상기 각 튜브 파트의 두께 및 직경이 동일하거나 다르게 제작될 수 있다.
여기서 상기 인서트가 위치하는 튜브의 외 측에는 간격을 두고 열방사 단열층이 형성될 수 있다.
그리고 상기 튜브는 티타늄(Titanium), 티타늄(Titanium) 합금, 탄탈럼(Tantalum) 재질의 튜브 파트를 단일 또는 조합하여 형성될 수 있다.
또한 상기 인서트는 부분 또는 전체가 내화 금속 와이어로 형성될 수 있다.
이때 상기 인서트는 와이어 타입과 포일 타입을 포함할 수 있고, 상기 와이어 타입의 인서트를 가장 내부 층 혹은 내부 층들로만 구성하고 그 외부에는 포일 타입으로 구성할 수 있다.
바디; 상기 바디의 일 측에 전기적으로 연결되어 있는 키퍼; 상기 바디에 장착되는 청구항 1 내지 8항 중 어느 하나의 할로우 음극; 상기 할로우 음극에 가스를 주입하는 주입구; 상기 할로우 음극을 키퍼의 중심에 일치시키는 세라믹 구조물; 상기 바디와 연결되고 키퍼와 할로우 음극에 큰 전위차를 제공하는 전선;을 포함한다.
그리고 상기 할로우 음극은 바디의 내부에 장착되고 음극이 상기 가스 주입구와 절연되어 바디 외부에 음극 전위가 노출되지 않을 수 있다.
또한 초기방전을 위하여 축전기를 활용하는 전력부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 두 개 이상의 물질을 이용하여 할로우 음극을 구성하여 열적 안정성, 수명 및 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 그에 따른 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한 튜브의 내부에 삽입되는 인서트를 솔레노이드와 같은 형태로 감은 얇은 와이어 타입으로 구성하여 열적 안정성과 수명 및 효율 등의 성능을 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한 할로우 음극이 바디 내부에서 가스 공급선과 절연 연결(cryogenic break)하는 구조를 가지도록 구성하여 전기적인 안정성을 높일 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
또한 초기 방전을 위해 사용되는 고전압, 고전력 파워(starter power supply)를 대신하여 저렴한 저전력 파워와 축전기를 이용하여 경제성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 특히 할로우 음극의 인공위성 적용에서 있어 가장 중요한 설계 요소 중 하나인 전력부의 부피와 무게 절감 효과를 가져올 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술의 일 실시 예에 따른 산업용 할로우 음극을 나타낸 단면도.
도 2는 종래 기술의 일 실시 예에 따른 산업용 할로우 음극의 온도를 계산할 결과.
도 3은 종래 기술의 일 실시 예에 따른 산업용 할로우 음극 구조에서 몰리브덴(Molybdenum)재질의 튜브를 사용하는 할로우 음극의 온도 분포를 계산한 결과.
도 4는 종래 기술의 일 실시 예에 따른 산업용 할로우 음극에서 전자 방출 확률 분포를 계산한 결과.
도 5는 종래 기술의 일 실시 예에 따른 산업용 할로우 음극의 인서트 단면을 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 할로우 음극 구조를 나타낸 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 할로우 음극 구조의 다른 실시 예를 나타낸 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 할로우 음극 구조의 또 다른 실시 예를 나타낸 단면도.
도 9 및 10은 본 발명에 따른 할로우 음극 구조를 구성하는 인서트를 나타낸 단면도.
도 11은 본 발명에 따른 고효율 할로우 음극을 적용한 음극 시스템을 나타낸 도면.
도 12는 본 발명에 따른 고효율 할로우 음극을 적용한 음극 시스템의 다른 실시 예를 나타낸 도면.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 할로우 음극 시스템 전력부를 개략적으로 나타낸 전기 회로도
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 할로우 음극 시스템 전력부의 축전기의 용량 결정을 위해, 종래의 산업용 할로우 음극을 이용하여 초기 방전에서 측정되는 시간에 따른 전압과 전류 변화를 나타낸 그래프.
도 15a 및 15b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 할로우 음극을 이온빔 소스에 적용하여 얻는 방전 이미지와 이온빔의 에너지 분포함수를 나타낸 그래프.
이하, 본 발명의 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한 하기실시 예들에 설명되는 모든 조합들(Combination)이 본 발명에 있어서 필수 불가결한 것은 아니다.
이하, 본 발명의 구성을 첨부된 도면을 참조로 설명하면, 도 6은 본 발명에 따른 할로우 음극 구조를 나타낸 단면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 할로우 음극 구조의 다른 실시 예를 나타낸 단면도이며, 도 8은 본 발명에 따른 할로우 음극 구조의 또 다른 실시 예를 나타낸 단면도이고, 도 9 및 10은 본 발명에 따른 할로우 음극 구조를 구성하는 인서트를 나타낸 단면도이며, 도 11은 본 발명에 따른 고효율 할로우 음극을 적용한 음극 시스템을 나타낸 도면이고, 도 12는 본 발명에 따른 고효율 할로우 음극을 적용한 음극 시스템의 다른 실시 예를 나타낸 도면이며, 도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 할로우 음극 시스템 전력부를 대략적으로 나타낸 전기 회로도이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 할로우 음극(10)은 두 개의 파트(11a, 11b)로 구성되는 튜브(11)와, 상기 튜브(11)의 끝단에 각각 형성되는 가스 공급부(13)와 가스 출구(14) 및 상기 튜브(11)의 내부에 장착되는 인서트(12)로 구성된다.
그리고 상기 튜브(11)를 구성하는 파트(11a, 11b)는 서로 다른 재질로 구성되되, 상기 가스 공급부(13)와 근접하는 제 1 파트(11a)에는 열전도가 낮은 내화 금속 재질을 사용하여 열전도에 의한 열손실을 줄이고, 전자 방출구와 근접하는 제 2 파트(11b)에는 녹는점이 높은 내화 금속 물질을 사용하여 열에 의한 손상을 방지할 수 있도록 한 것이다.
여기서 상기 제 1 파트(11a)는 열전도가 낮은 티타늄(Titanium) 등이 선택적으로 사용되고 상기 제 2 파트(11b)는 녹는점이 높은 탄탈럼(Tantalum) 등이 선택적으로 사용된다.
다음으로 상기 튜브(11)의 내부에 장착되고 내부 열전자사 방출되는 면에 대한 열방사 차폐층 역할을 수행하는 인서트(12)는 한 층 이상(예를 들어, 15 층)의 얇은(예를 들어, 0.013 mm 두께의) 탄탈럼(Tantalum) 포일로 구성될 수 있다.
또한 상기 인서트(12)는 도시된 도 9 및 10과 같이 구성될 수 있다.
먼저 도시된 도 9의 인서트(12)는 솔레노이드와 같은 형태로 감은 얇은 와이어(예를 들어, 직경 0.025 mm) 층으로 구성되는 내부 인서트(12a)와 상기 내부 인서트(12a)의 외부에 장착되는 차폐층(12b)으로 구성된다.
즉 상기 내부 인서트(12a)는 얇은 와이어로 구성하여 이온 충돌에 의한 손상을 감소시키면서도 열전자를 방출하는 유효 표면적을 증가시켜 동일 온도에서 열전자 방출 전류량을 증가할 수 있도록 한 것이고, 상기 차폐층(12b)은 내부 인서트(12a)의 열방사 손실을 줄일 수 있도록 한 것이다.
그리고 도시된 도 10의 인서트(12)는 가장 안쪽 두 층(12c과 12d)을 얇은 와이어 층으로 구성하여 이온 충돌에 의한 손상을 줄이고, 유효 표면적의 증가로 열전자 방출 전류 량을 높여 음극의 성능을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 상기 할로우 음극 구조(20)는 두 개의 이상의 파트(21a, 21b, 21c)로 구성되는 튜브(21)와, 상기 튜브(21)의 끝단에 각각 형성되는 가스 공급부(23)와 가스 출구(24) 및 상기 튜브(21)의 내부에 장착되는 인서트(22)로 구성된다.
그리고 본 발명에서 상기 튜브(21)를 구성하는 제 1 파트(21a) 및 제 2 파트(21b)는 같은 재질로 형성되고 제 3 파트(21c)는 다른 재질로 형성되는 예를 들어 설명하기로 한다.
이때, 상기 제 1 파트(21a) 및 제 2 파트(21b)는 동일한 두께와 지름을 가지고 형성될 수 있을 뿐만 아니라 도시된 도면과 같이 서로 다른 두께를 가지고 형성될 수 있음을 밝힌다.
즉 상기 튜브(21)를 구성하는 제 1, 2파트(21a, 21b)는 열전도가 낮은 내화 금속 재질을 사용하여 열전도에 의한 열손실을 줄이고, 전자 방출구와 근접하는 제 3 파트(21c)에는 녹는점이 높은 내화 금속 물질을 사용하여 열에 의한 손상을 방지할 수 있도록 한 것이다.
여기서 상기 제 1, 2 파트(21a, 21b)는 열전도가 낮은 티타늄(Titanium) 등이 선택적으로 사용되고 상기 제 3 파트(21c)는 녹는점이 높은 탄탈럼(Tantalum) 등이 선택적으로 사용된다.
다음으로 상기 튜브(21)의 내부에 장착되고 내부 열전자사 방출되는 면에 대한 열방사 차폐층 역할을 수행하는 인서트(22)는 한 층 이상(예를 들어, 15 층)의 얇은(예를 들어, 0.013 mm 두께의) 탄탈럼(Tantalum) 포일로 구성될 수 있다.
또한 상기 인서트(22)는 도시된 도 9 및 10과 같이 구성될 수 있다.
먼저 도시된 도 9의 인서트(22)는 솔레노이드와 같은 형태로 감은 얇은 와이어(예를 들어, 직경 0.025 mm) 층으로 구성되는 내부 인서트(22a)와 상기 내부 인서트(22a)의 외부에 장착되는 차폐층(22b)으로 구성된다.
즉 상기 내부 인서트(22a)는 얇은 와이어로 구성하여 이온 충돌에 의한 손상을 감소시키면서도 열전자를 방출하는 유효 표면적을 증가시켜 동일 온도에서 열전자 방출 전류량을 증가할 수 있도록 한 것이고, 상기 차폐층(22b)은 내부 인서트(22a)의 열방사 손실을 줄일 수 있도록 한 것이다.
그리고 도시된 도 10의 인서트(22)는 가장 안쪽 두 층(22c과 22d)을 얇은 와이어 층으로 구성하여 이온 충돌에 의한 손상을 줄이고, 유효 표면적의 증가로 열전자 방출 전류 량을 높여 음극의 성능을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.
다음으로 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 할로우 음극 구조(30)는 두 개의 파트(31a, 31b)로 구성되는 튜브(31)와, 상기 튜브(31)의 끝단에 각각 형성되는 가스 공급부(33)와, 가스 출구(34) 및 상기 튜브(31)의 내부에 장착되는 인서트(32)로 구성된다.
그리고 상기 튜브(31)를 구성하는 파트(31a, 31b)는 서로 다른 재질로 구성되되, 상기 가스 공급부(33)와 근접하는 제 1 파트(31a)에는 열전도가 낮은 내화 금속 재질을 사용하여 열전도에 의한 열손실을 줄이고, 전자 방출구와 근접하는 제 2 파트(31b)에는 녹는점이 높은 내화 금속 물질을 사용하여 열에 의한 손상을 방지할 수 있도록 한 것이다.
여기서 상기 제 1 파트(31a)는 열전도가 낮은 티타늄(Titanium) 등이 선택적으로 사용되고 상기 제 2 파트(31b)는 녹는점이 높은 탄탈럼(Tantalum) 등이 선택적으로 사용된다.
또한 상기 제 2 파트(31b)의 외면에는 간격을 두고 열방사 단열층(35)이 형성된다.
이를 좀더 보충설명하면, 상기 열방사 단열층(35)은 인서트(32)가 있는 제 2 파트(31b)의 외면에 간격을 두고 형성되어 고온 영역의 열방사에 의한 열손실을 줄일 수 있도록 한 것이다.
다음으로 상기 튜브(31)의 내부에 장착되고 내부 열전자사 방출되는 면에 대한 열방사 차폐층 역할을 수행하는 인서트(32)는 한 층 이상(예를 들어, 15 층)의 얇은(예를 들어, 0.013 mm 두께의) 탄탈럼(Tantalum) 포일로 구성될 수 있다.
또한 상기 인서트(32)는 도시된 도 9 및 10과 같이 구성될 수 있다.
먼저 도시된 도 9의 인서트(32)는 솔레노이드와 같은 형태로 감은 얇은 와이어(예를 들어, 직경 0.025 mm) 층으로 구성되는 내부 인서트(32a)와 상기 내부 인서트(32a)의 외부에 장착되는 차폐층(32b)으로 구성된다.
즉 상기 내부 인서트(32a)는 얇은 와이어로 구성하여 이온 충돌에 의한 손상을 감소시키면서도 열전자를 방출하는 유효 표면적을 증가시켜 동일 온도에서 열전자 방출 전류량을 증가할 수 있도록 한 것이고, 상기 차폐층(32b)은 내부 인서트(32a)의 열방사 손실을 줄일 수 있도록 한 것이다.
그리고 도시된 도 10의 인서트(32)는 가장 안쪽 두 층(32c과 32d)을 얇은 와이어 층으로 구성하여 이온 충돌에 의한 손상을 줄이고, 유효 표면적의 증가로 열전자 방출 전류 량을 높여 음극의 성능을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 음극 시스템(이하 '음극 시스템'이라 함)을 나타낸 것으로서, 상기 음극 시스템(100)은 바디(120)와, 상기 바디(120)의 일 측에 전기적으로 연결되어 있는 키퍼(110)와, 상기 바디(120)에 장착되는 할로우 음극(10, 20, 30)과, 상기 할로우 음극(10, 20, 30)에 가스를 주입하는 주입구(170)와, 상기 할로우 음극(10, 20, 30)을 키퍼(110)의 중심에 일치시키는 세라믹 구조물(130)과 상기 바디(120)와 연결되고 키퍼(110)와 할로우 음극(10, 20, 30)에 큰 전위차를 제공하는 전선(150, 160) 등으로 구성된다.
그리고 상기 키퍼(110)와 바디(120)는 전기적으로 연결되어 있어 등전위가 되고, 상대적으로 음의 전위가 인가되는 할로우 음극(10, 20, 30)은 전기적으로 분리가 된다.
또한 상기 바디(120)가 할로우 음극(10, 20, 30)을 전기적으로 절연하고, 할로우 음극(10, 20, 30)과 키퍼(110)의 중심 축을 맞추어 고정시키기 위해, 고온에서 안정적인 세라믹 구조물(130)과 cryogenic break와 같은 절연 튜브(140)를 사용할 수 있다.
다음으로 음극 시스템(100)은 초기 방전을 위해, 높은 유량의 가스가 주입구(170)를 통해 주입되고, 두 전선(150, 160)을 통해 키퍼(110)와 음극(10, 20, 30)에는 큰 전위 차(예를 들어, 700 V)를 가지는 전위가 각각 인가된다.
이때 종래의 구조에서는 절연 튜브(140)가 바디 외부에 위치하여 초기 방전 시에 음극(10, 20, 30)에 인가되는 전위가 외부로 노출되어 전기적 안정성 문제점(가스 공급 튜브에서 방전되어 손상되는 등)을 가지는 반면, 본 발명은 바디(120)의 내부에 설치되는 절연 튜브(140)를 통해 이를 해결할 수 있게 된다.
다음으로 도시된 도 12는 음극 시스템의 다른 실시 예를 나타낸 것으로서, 상기 음극 시스템(100)은 바디(120)와, 상기 바디(120)의 일 측에 전기적으로 연결되어 있는 키퍼(110)와, 상기 바디(120)에 장착되는 할로우 음극(10, 20, 30)과, 상기 할로우 음극(10, 20, 30)에 가스를 주입하는 주입구(170) 등으로 구성된다.
즉 도시된 도 12의 음극 시스템은 도시된 도 11의 음극 시스템과 유사구조를 가지면서 소형화하게 제작한 것이다.
이를 좀더 보충설명하면, 상기 음극 시스템(100)은 구조를 소형화하여 무게를 경감시켜 위성에 적용이 용이하도록 하면서도 재료를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 Ti가 서로 다른 지름을 가지도록 구성하여 열적 안정성과 구조적인 안정성을 같이 가질 수 있도록 한 것이다.
그리고 상기 키퍼(110)와 바디(120)는 전기적으로 연결되어 있어 등전위가 되고, 상대적으로 음의 전위가 인가되는 할로우 음극(10, 20, 30)은 전기적으로 분리가 된다.
또한 상기 바디(120)가 할로우 음극(10, 20, 30)을 전기적으로 절연하고, 할로우 음극(10, 20, 30)과 키퍼(110)의 중심 축을 맞추어 고정시키기 위해, 고온에서 안정적인 세라믹 구조물(130)과 cryogenic break와 같은 절연 튜브(140)를 사용할 수 있다.
다음으로 음극 시스템(100)은 초기 방전을 위해, 높은 유량의 가스가 주입구(170)를 통해 주입된다.
다음으로 도시된 도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 할로우 음극 시스템 전력부(200)를 개략적으로 나타낸 전기 회로도이다.
즉 종래의 기술에서는 초기 방전을 위해 큰 용량의 파워(starter power supply)를 사용하는 반면, 본 실시 예에서와 같이 큰 용량의 파워를 사용하지 않고 작은 용량의 파워(201)와 축전기(202)를 사용하여 기존의 큰 용량의 파워를 대신할 수 있다.
이는 초기 방전을 위한 파워가 극히 짧은 시간 동안만 사용되는 점을 경제적으로 활용한 형태로 볼 수 있으며, 초기 방전 이후에는 종래의 기술과 같이 플라즈마를 유지하기 위한 파워(203)를 사용할 수 있다.
여기서 음극(204)과 양극(205)은 각각 할로우 음극 시스템(100)의 할로우 음극(10, 20, 30)의 연결선(160)과 키퍼(110)의 연결선(150)에 연결될 수 있다.
그리고 도시된 도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 할로우 음극 시스템 전력부(200)의 축전기(202)의 용량 결정을 위해, 종래의 산업용 할로우 음극을 이용하여 초기 방전에서 측정되는 시간에 따른 전압과 전류 변화를 나타낸 그래프로서, 이를 통해 시간에 따른 전력 및 유효 저항 변화를 얻을 수 있다.
이때 인가하는 전압이 높아지다가 일정 전압(약 700 V)에서 플라즈마가 방전되어 낮은 전류(약 4 mA)가 흐르면서 음극이 가열된다. 시간에 따른 저항의 변화를 보면 초기 방전 동안 거의 일정하게 저항이 유지되는 것을 볼 수 있으며, 이것이 플라즈마가 방전된 것을 보여주고 있다. 초기 방전 동안 흐르는 총 전하량과 총 전달된 에너지를 계산할 수 있으며, 이 수치들을 이용하여 축전기의 용량을 선정할 수 있다.
다음으로 도시된 도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 할로우 음극(10, 20, 30)을 이온빔 소스(300)에 적용하여 얻는 방전 이미지와 이온빔의 에너지 분포함수를 나타낸 그래프이다.
이를 좀더 구체적으로 살펴보면, 할로우 음극(10, 20, 30)의 영향을 보기 위해 동일한 이온빔 소스(300)의 방전 조건에서 음극을 운전한 경우와 하지 않은 경우를 비교하였다.
할로우 음극(10, 20, 30)에서 발생하여 나오는 전자빔은 이온빔의 자기장선(magnetic field lines)을 따라 분포하게 된다.
이온빔 소스(300)로부터 일정 거리(예를 들어, 150 mm) 떨어진 위치에 전위지연 탐침(retarding potential analyzer)을 위치시켜 이온빔의 에너지 분포함수를 측정할 수 있으며, 할로우 음극(10, 20, 30)에서 공급되는 전자에 의해서 특정 에너지(약 0.5 keV) 영역의 이온 량이 증가한 것을 확인할 수 있다. 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따라, 할로우 음극(10, 20, 30)의 설치 방법 및 공정 조건을 달리하여, 이온빔 소스(300)의 에너지 분포함수 특성 및 이온 전류 밀도를 조절하기 위해 할로우 음극을 적용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따라 이온빔을 이용하는 공정에서 대전(charging) 및 아크(arcing) 방지를 위해서도 할로우 음극을 적용할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10, 20, 30 : 할로우 음극,
11, 21, 31 : 튜브,
12, 22, 32 : 인서트,
13, 23, 33 : 가스 공급부,
14, 24, 34 : 가스 출구,
35 : 열방사 단열층,
100 : 음극 시스템.

Claims (11)

  1. 두 개 이상의 내화 금속 파트로 구성되는 튜브;
    상기 튜브의 끝단에 각각 형성되는 가스 공급부 및 가스 출구;
    상기 튜브의 내부에 장착되는 인서트;를 포함하고,
    상기 튜브는 길이 방향으로 서로 다른 내화 금속 재질로 제작된 복수 개의 튜브 파트가 일체로 연결된 형태로 구성되며,
    각 튜브 파트의 두께 및 직경은 일단부터 타단까지 균일하거나 일지점을 기준으로 양측이 서로 다른 두께 및 직경으로 제작되며, 복수 개의 튜브 파트는 티타늄(Titanium), 티타늄(Titanium) 합금, 탄탈럼(Tantalum) 재질 중 적어도 두 개 이상의 재질이 조합되는 것을 특징으로 하는 할로우 음극.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 인서트가 위치하는 튜브의 외 측에는 간격을 두고 열방사 단열층이 형성되는 할로우 음극.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 인서트는 부분 또는 전체가 내화 금속 와이어로 제작되는 할로우 음극.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 인서트는 와이어 타입과 포일 타입을 포함하는 할로우 음극.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 와이어 타입의 인서트를 가장 내부 층 혹은 내부 층들로만 구성하고 그 외부에는 포일 타입으로 구성하는 할로우 음극.
  9. 바디;
    상기 바디의 일 측에 전기적으로 연결되어 있는 키퍼;
    상기 바디에 장착되는 청구항 1, 4 및 6 내지 8항 중 어느 하나의 할로우 음극;
    상기 할로우 음극에 가스를 주입하는 주입구;
    상기 할로우 음극을 키퍼의 중심에 일치시키는 세라믹 구조물;
    상기 바디와 연결되고 키퍼와 할로우 음극에 큰 전위차를 제공하는 전선;을 포함하는 고효율 할로우 음극을 이용한 음극 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 할로우 음극은 바디의 내부에 장착되고 음극이 상기 가스 주입구와 절연되어 바디 외부에 음극 전위가 노출되지 않는 고효율 할로우 음극을 이용한 음극 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    초기방전을 위하여 축전기를 활용하는 전력부를 포함하는 고효율 할로우 음극을 이용한 음극 시스템.
KR1020140023495A 2014-02-27 2014-02-27 고효율 할로우 음극과 이를 적용한 음극 시스템 KR101585889B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140023495A KR101585889B1 (ko) 2014-02-27 2014-02-27 고효율 할로우 음극과 이를 적용한 음극 시스템
PCT/KR2015/001685 WO2015130050A1 (ko) 2014-02-27 2015-02-23 고효율 할로우 음극과 이를 적용한 음극 시스템
US15/121,502 US10032594B2 (en) 2014-02-27 2015-02-23 High efficiency hollow cathode and cathode system applying same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140023495A KR101585889B1 (ko) 2014-02-27 2014-02-27 고효율 할로우 음극과 이를 적용한 음극 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150101787A KR20150101787A (ko) 2015-09-04
KR101585889B1 true KR101585889B1 (ko) 2016-02-02

Family

ID=54009318

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140023495A KR101585889B1 (ko) 2014-02-27 2014-02-27 고효율 할로우 음극과 이를 적용한 음극 시스템

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10032594B2 (ko)
KR (1) KR101585889B1 (ko)
WO (1) WO2015130050A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107031870A (zh) * 2017-03-03 2017-08-11 兰州空间技术物理研究所 一种多环发射面百安级空心阴极
CN108461366A (zh) * 2017-12-22 2018-08-28 兰州空间技术物理研究所 一种一体式空心阴极
CN109667739A (zh) * 2018-12-10 2019-04-23 兰州空间技术物理研究所 一种射频辅助放电型高效冷启动空心阴极
CN111637029B (zh) * 2020-05-12 2021-09-07 北京控制工程研究所 分段式复合结构磁等离子体动力推力器阴极及其制备方法
CN112689345B (zh) * 2020-12-24 2022-09-13 上海空间推进研究所 一种空心阴极感应式加热器和空心阴极结构

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040000853A1 (en) 2002-06-27 2004-01-01 Kaufman Harold R. Industrial hollow cathode
JP2004169606A (ja) 2002-11-19 2004-06-17 National Aerospace Laboratory Of Japan ホローカソード
US20070222358A1 (en) * 2006-03-25 2007-09-27 Kaufman & Robinson, Inc. Industrial hollow cathode
JP2011074887A (ja) 2009-10-01 2011-04-14 Japan Aerospace Exploration Agency ホローカソード

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6011417B2 (ja) * 1979-10-23 1985-03-26 株式会社東芝 ホロ−カソ−ド放電装置
US5075594A (en) * 1989-09-13 1991-12-24 Hughes Aircraft Company Plasma switch with hollow, thermionic cathode
US6064156A (en) * 1998-09-14 2000-05-16 The United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa Process for ignition of gaseous electrical discharge between electrodes of a hollow cathode assembly
US6972421B2 (en) * 2000-06-09 2005-12-06 Cymer, Inc. Extreme ultraviolet light source
ITMI20012389A1 (it) * 2001-11-12 2003-05-12 Getters Spa Catodo cavo con getter integrato per lampade a scarica e metodi per la sua realizzazione
KR100483585B1 (ko) 2002-07-16 2005-04-18 주식회사 하이닉스반도체 할로우 캐소드 마그네트론 타겟 및 할로우 캐소드마그네트론 스퍼터링 장치
US8143788B2 (en) * 2007-08-31 2012-03-27 California Institute Of Technology Compact high current rare-earth emitter hollow cathode for hall effect thrusters
KR100899549B1 (ko) 2007-10-01 2009-05-26 한국전기연구원 고효율 리튬이차전지용 음극, 전극 제조방법 및리튬이차전지
KR100925015B1 (ko) 2008-02-29 2009-11-04 안의현 마그네트론 음극 구조체 융착체 및 그 제조방법
WO2013045596A2 (en) * 2011-09-29 2013-04-04 The Morgan Crucible Company Plc Inorganic materials, methods and apparatus for making same, and uses thereof
EP2994556B1 (en) * 2013-04-26 2019-02-20 Colorado State University Research Foundation 12CaO-7AL2O3 ELECTRIDE HOLLOW CATHODE
US9406535B2 (en) * 2014-08-29 2016-08-02 Lam Research Corporation Ion injector and lens system for ion beam milling

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040000853A1 (en) 2002-06-27 2004-01-01 Kaufman Harold R. Industrial hollow cathode
JP2004169606A (ja) 2002-11-19 2004-06-17 National Aerospace Laboratory Of Japan ホローカソード
US20070222358A1 (en) * 2006-03-25 2007-09-27 Kaufman & Robinson, Inc. Industrial hollow cathode
JP2011074887A (ja) 2009-10-01 2011-04-14 Japan Aerospace Exploration Agency ホローカソード

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150101787A (ko) 2015-09-04
US20160365215A1 (en) 2016-12-15
WO2015130050A1 (ko) 2015-09-03
US10032594B2 (en) 2018-07-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101585889B1 (ko) 고효율 할로우 음극과 이를 적용한 음극 시스템
TWI688987B (zh) 電漿生成裝置及熱電子放出部
US7667379B2 (en) Industrial hollow cathode with radiation shield structure
JP6603920B2 (ja) ホローカソード
US8188645B2 (en) Hot cathode and ion source including the same
JP4130974B2 (ja) ホローカソード
US8587227B2 (en) Electrostatic ion accelerator arrangement
JP4359597B2 (ja) 放電安定性に優れた中空カソード放電ガン
US20040000853A1 (en) Industrial hollow cathode
US7595594B2 (en) Arrangement for switching high electric currents by a gas discharge
JP2005259606A (ja) 熱電子放出用フィラメント
JP5321234B2 (ja) イオン源
KR102475954B1 (ko) 무히터 중공 캐소드를 작동시키기 위한 장치 및 방법, 및 그러한 캐소드를 사용하는 전기 공간 추진 시스템
US3450927A (en) Thermionic cathode with heat shield having a heating current by-pass
US6323586B1 (en) Closed drift hollow cathode
US20240014014A1 (en) High current heaterless hollow cathode
US20100171411A1 (en) Cathode heater
JP2000130316A (ja) ホローカソードおよびその応用装置
US2210674A (en) Cathode for electronic tubes
Ozturk et al. Design and analysis of different insert region heaters of a lanthanum hexaboride hollow cathode during initial heating
JPH10321119A (ja) 熱電子放出フィラメントおよび熱電子放出装置
RU2378732C1 (ru) Электронно-ионный источник
JP4227364B2 (ja) ガス放電管及びガス放電管装置
JPH06295693A (ja) イオン源装置
JPS58169752A (ja) ホロ−陰極放電装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190107

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200205

Year of fee payment: 5