RU139030U1

RU139030U1 - ION-PLASMA ENGINE

Info

Publication number: RU139030U1
Application number: RU2013133400/06U
Authority: RU
Inventors: Владимир Михайлович Гаврюшин; Степан Васильевич Канев; Мария Евгеньевна Смирнова; Сергей Анатольевич Хартов
Priority date: 2013-07-18
Filing date: 2013-07-18
Publication date: 2014-04-10

Abstract

1. Ионно-плазменный двигатель, содержащий разрядную камеру, стенки которой выполнены из диэлектрического материала, узел подачи газообразного рабочего вещества в разрядную камеру, средство генерации высокочастотного электрического разряда в полости разрядной камеры и ионно-оптическую систему, включающую последовательно размещенные с пространственным зазором между собой эмиссионный, ускоряющий и замедляющий электроды, при этом эмиссионный и ускоряющий электроды выполнены в виде круглых перфорированных пластин с совмещаемыми подобными и соосными отверстиями, а замедляющий электрод выполнен в виде электропроводящего кольца, за которым по ходу ионного потока установлен нейтрализатор, отличающийся тем, что, по крайней мере, одна из перфорированных пластин выполнена, по крайней мере, с одной радиально ориентированной прорезью от внешней стороны пластины к ее центру, причем ширина прорези равна или превышает наименьший размер отверстий в этой пластине.2. Ионно-плазменный двигатель по п.1, отличающийся тем, что началом радиально ориентированной прорези является центр пластины.3. Ионно-плазменный двигатель по п.1, отличающийся тем, что отверстия в пластинах выполнены щелеобразными с постоянной шириной, вытянуты в радиальном направлении и расположены группами по концентрическим кольцам в плоскости пластин, при этом более протяженные отверстия по одному из концентрических колец осесимметрично расположены между менее протяженными отверстиями по другим концентрическим кольцам.4. Ионно-плазменный двигатель по п.1, отличающийся тем, что электропроводящее кольцо замедляющего электрода выполнено, по крайней ме1. An ion-plasma engine containing a discharge chamber, the walls of which are made of dielectric material, a node for supplying a gaseous working substance to the discharge chamber, means for generating a high-frequency electric discharge in the cavity of the discharge chamber, and an ion-optical system, including sequentially placed with a spatial gap between each other emission, accelerating and decelerating electrodes, while emission and accelerating electrodes are made in the form of round perforated plates with compatible like openings and coaxial holes, and the retarding electrode is made in the form of an electrically conductive ring, behind which a neutralizer is installed along the ion flow, characterized in that at least one of the perforated plates is made with at least one radially oriented slot from the outside the plate to its center, and the width of the slot is equal to or greater than the smallest size of the holes in this plate. 2. An ion-plasma engine according to claim 1, characterized in that the beginning of the radially oriented slot is the center of the plate. The ion-plasma engine according to claim 1, characterized in that the holes in the plates are slit-like with a constant width, are radially elongated and arranged in groups along concentric rings in the plane of the plates, while longer openings along one of the concentric rings are axisymmetrically located between less than long holes in other concentric rings. 4. The ion-plasma engine according to claim 1, characterized in that the electrically conductive ring of the retarding electrode is made at least

Description

Полезная модель относится к плазменной технике и может быть использована при разработке источников ионов, применяемых в качестве электроракетных двигателей или устройств для ионно-плазменной обработки материалов в вакууме при решении различных технологических задач.The utility model relates to plasma technology and can be used to develop ion sources used as electric rocket engines or devices for ion-plasma processing of materials in vacuum when solving various technological problems.

Известен ионно-плазменный двигатель (Гришин С.Д., Лесков Л.В. Электрические ракетные двигатели космических аппаратов. - М.: Машиностроение, 1989, с. 100-111, 148-154), содержащий разрядную камеру и систему ускорения, называемую по аналогии организации движения частиц ионно-оптической и выполненную в виде набора перфорированных электродов, позволяющих формировать униполярные ионные потоки, для нейтрализации заряда которых применяется нейтрализатор, представляющий собой источник электронов (катод). В узле ионно-оптической системы реализуется принцип «ускорение-замедление» ионов, для чего используются три электрода: эмиссионный, ускоряющий и замедляющий. Такие двигатели обладают высокой эффективностью и широко применяются в космической технике и наземных технологических процессах. Основным недостатком данных устройств является процесс катодного распыления ускоренными ионами элементов разрядной камеры, находящихся под отрицательным потенциалом. Этот процесс лимитирует ресурс работы двигателя и создает потоки распыленного вещества, загрязняющие элементы ИОС и обрабатываемые поверхности в технологических задачах.Known ion-plasma engine (Grishin S.D., Leskov L.V. Electric rocket engines of spacecraft. - M .: Mashinostroenie, 1989, S. 100-111, 148-154), containing a discharge chamber and an acceleration system, called by analogy with the organization of the movement of ion-optical particles and made in the form of a set of perforated electrodes that allow the formation of unipolar ion flows, to neutralize the charge of which a neutralizer is used, which is an electron source (cathode). The principle of acceleration-deceleration of ions is implemented in the node of the ion-optical system, for which three electrodes are used: emission, accelerating and decelerating. Such engines are highly efficient and are widely used in space technology and ground-based technological processes. The main disadvantage of these devices is the process of cathodic sputtering by accelerated ions of the elements of the discharge chamber under negative potential. This process limits the life of the engine and creates streams of atomized material, polluting elements of the IOS and the treated surfaces in technological problems.

Наиболее близким аналогом предложенной модели является ионно-плазменный двигатель (Groh K.H., Loeb H.W State-of-the-Art Radio-Frequency Ion Thruster // J. Propulsion. - Vol. 7, No. 4, Jule-August 1991, p. 576), который содержит разрядную камеру, стенки которой выполнены из диэлектрического материала, узел подачи газообразного рабочего вещества в разрядную камеру, средство генерации высокочастотного электрического разряда в полости разрядной камеры и ионно-оптическую систему, включающую последовательно размещенные с пространственным зазором между собой эмиссионный, ускоряющий и замедляющий электроды, при этом эмиссионный и ускоряющий электроды выполнены в виде круглых перфорированных пластин с совмещаемыми подобными и соосными отверстиями, а замедляющий электрод выполнен в виде электропроводящего кольца, за которым по ходу ионного потока установлен нейтрализатор. В разрядной камере этого двигателя использован безэлектродный разряд. Использование для ионизации энергии внешнего электромагнитного поля, в частности, высокой частоты позволяет исключить катодный узел в разрядной камере и тем самым повысить долговечность работы устройства. Однако недостатком безэлектродного разряда является низкая эффективность процессов ионизации из-за малой энергии электронов в разряде и большой доли заряженных частиц нейтрализующихся на стенках разрядной камеры. Для борьбы с этими явлениями используется подбор формы камеры и оптимизация формы и числа витков индуктора. В то же время в электродах ионно-оптической системы при воздействии переменного электромагнитного поля наводятся вихревые токи, которые снижают эффективность увеличения энергии электронов, находящихся вблизи их поверхности. Кроме того наличие короткозамкнутого витка в виде относительно массивных электрододержателей приводит к тому, что витки индуктора, примыкающие к узлу ионно-оптической системы способствуют нагреву конструкции и практически не участвуют в процессах повышения энергии электронов, т.е. в процессах ионизации.The closest analogue of the proposed model is the ion-plasma engine (Groh KH, Loeb HW State-of-the-Art Radio-Frequency Ion Thruster // J. Propulsion. - Vol. 7, No. 4, Jule-August 1991, p. 576), which contains a discharge chamber, the walls of which are made of dielectric material, a node for supplying a gaseous working substance to the discharge chamber, means for generating a high-frequency electric discharge in the cavity of the discharge chamber, and an ion-optical system, including an emission accelerating sequentially arranged with a spatial gap between them and slow down s electrodes, wherein the emission and accelerating electrodes formed as perforated plates with round fay similar and coaxial openings and the retarding electrode is in the form of an electrically conductive ring, for which in the course of ion flow catalyst installed. An electrodeless discharge was used in the discharge chamber of this engine. The use of an external electromagnetic field, in particular, a high frequency, for ionizing the energy of the electromagnetic field eliminates the cathode assembly in the discharge chamber and thereby increases the durability of the device. However, the disadvantage of an electrodeless discharge is the low efficiency of ionization processes due to the low electron energy in the discharge and a large fraction of charged particles neutralizing on the walls of the discharge chamber. To combat these phenomena, the selection of the shape of the chamber and optimization of the shape and number of turns of the inductor are used. At the same time, eddy currents are induced in the electrodes of the ion-optical system when exposed to an alternating electromagnetic field, which reduce the efficiency of increasing the energy of electrons located near their surface. In addition, the presence of a short-circuited coil in the form of relatively massive electrode holders leads to the fact that the coils of the inductor adjacent to the node of the ion-optical system contribute to the heating of the structure and practically do not participate in the processes of increasing electron energy, i.e. in ionization processes.

В предложенной полезной модели решается задача снижения потерь вводимой в разряд ионно-плазменного двигателя высокочастотной мощности при сохранении высокой эффективности извлечения и формирования ускоренных потоков ионов.The proposed utility model solves the problem of reducing losses of high-frequency power introduced into the discharge of an ion-plasma engine while maintaining high efficiency of extraction and formation of accelerated ion flows.

Данные технические результаты достигаются тем, что, в ионно-плазменном двигателе, содержащем разрядную камеру, стенки которой выполнены из диэлектрического материала, узел подачи газообразного рабочего вещества в разрядную камеру, средство генерации высокочастотного электрического разряда в полости разрядной камеры и ионно-оптическую систему, включающую последовательно размещенные с пространственным зазором между собой эмиссионный, ускоряющий и замедляющий электроды, при этом эмиссионный и ускоряющий электроды выполнены в виде круглых перфорированных пластин с совмещаемыми подобными и соосными отверстиями, а замедляющий электрод выполнен в виде электропроводящего кольца, за которым по ходу ионного потока установлен нейтрализатор, по крайней мере, одна из перфорированных пластин электродов ионно-оптической системы выполнена, по крайней мере, с одной радиально ориентированной прорезью от внешней стороны пластины к ее центру, причем ширина прорези равна или превышает наименьший размер отверстий в этой пластине.These technical results are achieved by the fact that, in an ion-plasma engine containing a discharge chamber, the walls of which are made of dielectric material, a node for supplying a gaseous working substance to the discharge chamber, a means for generating a high-frequency electric discharge in the cavity of the discharge chamber, and an ion-optical system including sequentially placed with a spatial gap between themselves emission, accelerating and slowing down electrodes, while the emission and accelerating electrodes are made in the form of cr open perforated plates with compatible similar and coaxial holes, and the retarding electrode is made in the form of an electrically conductive ring, behind which along the ion flow there is a neutralizer, at least one of the perforated plates of the electrodes of the ion-optical system is made of at least one radially oriented slot from the outer side of the plate to its center, and the width of the slot is equal to or greater than the smallest hole size in this plate.

Влияние указанной радиально ориентированной прорези максимально в случае, когда ее началом является центр пластины.The influence of the indicated radially oriented slot is maximal in the case when its beginning is the center of the plate.

Усилению эффекта от выполнения прорези способствует выполнение отверстий в пластинах щелеобразными с постоянной шириной, вытянутыми в радиальном направлении и расположенными группами по концентрическим кольцам в плоскости пластин, при этом более протяженные отверстия по одному из концентрических колец осесимметрично расположены между менее протяженными отверстиями по другим концентрическим кольцам. При этом отверстия в центральной части пластин могут быть выполнены круглой формы.The effect of making a slot is enhanced by making holes in the plates slit-like with a constant width, elongated in the radial direction and arranged in groups along concentric rings in the plane of the plates, while longer holes along one of the concentric rings are axisymmetrically located between less extended holes along other concentric rings. The holes in the Central part of the plates can be made round.

Кроме того электропроводящее кольцо замедляющего электрода может быть также выполнено, по крайней мере, с одной радиально ориентированной прорезью.In addition, the electrically conductive ring of the retarding electrode can also be made with at least one radially oriented slot.

Сущность предложенного решения в полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена общая схема ионно-плазменного двигателя в виде продольного разреза, на фиг.2 изображена перфорированная пластина одного из электродов ионно-оптической системы с обычными круглыми отверстиями и с радиально ориентированной прорезью, на фиг.3 изображен вариант выполнения перфорированной пластины с щелеобразными отверстиями.The essence of the proposed solution in the utility model is illustrated in the drawing, where Fig. 1 shows a general diagram of an ion-plasma engine in the form of a longitudinal section, Fig. 2 shows a perforated plate of one of the electrodes of the ion-optical system with conventional round holes and with a radially oriented slot, figure 3 shows an embodiment of a perforated plate with slit-like openings.

Ионно-плазменный двигатель (фиг.1) состоит из разрядной камеры 1, узла подачи 2 газообразного рабочего вещества с газоэлектрической развязкой, индуктора 3, ионно-оптической системы с эмиссионным электродом 4, ускоряющим электродом 5 и выходным замедляющим кольцевым электродом 6. Ускоряющий электрод 5 электрически соединен с отрицательным полюсом источника 7. На выходе из двигателя установлен нейтрализатор 8, подключенный к источнику электропитания 9. Внутри разрядной камеры 1 расположен анод 10, соединенный с положительным полюсом источника 11. Индуктор 3, размещенный с наружной стороны разрядной камеры 1, соединен с высокочастотным генератором 12. Корпус разрядной камеры 1 выполнен из диэлектрического материала с малым тангенсом диэлектрических потерь. Форма корпуса может быть различной и определяется требованием обеспечения высокой степени ионизации рабочего вещества. Обычно используют коническую, сферическую или эллиптическую формы. Индуктор 3 выполнен, как правило, в виде медной трубчатой спирали с относительно небольшим числом витков.The ion-plasma engine (Fig. 1) consists of a discharge chamber 1, a supply unit 2 of a gaseous working medium with gas-electric isolation, an inductor 3, an ion-optical system with an emission electrode 4, an accelerating electrode 5 and an output retarding ring electrode 6. Accelerating electrode 5 electrically connected to the negative pole of source 7. At the outlet of the engine, a converter 8 is connected to the power supply 9. Inside the discharge chamber 1 there is an anode 10 connected to the positive pole of source 11 An inductor 3 located on the outside of the discharge chamber 1 is connected to a high-frequency generator 12. The housing of the discharge chamber 1 is made of dielectric material with a small dielectric loss tangent. The shape of the housing can be different and is determined by the requirement to ensure a high degree of ionization of the working substance. Usually use a conical, spherical or elliptical shape. The inductor 3 is made, as a rule, in the form of a copper tubular spiral with a relatively small number of turns.

Эмиссионный 4 и ускоряющий 5 электроды ионно-оптической системы выполнены в виде перфорированной пластины 13 (фиг.2, 3) из электропроводящего материала. Перфорация пластин образована круглыми отверстиями 14 (фиг.2) или щелеобразными отверстиями 15 (фиг.3) с постоянной шириной. Щелеобразные отверстия вытянуты в радиальном направлении и расположены группами по концентрическим кольцам в плоскости пластины. Более протяженные отверстия 16 осесимметрично расположены между менее протяженными отверстиями 15. При этом центральные отверстия 17 выполнены круглыми. Замедляющий электрод 6 выполнен в виде электропроводящего кольца, установленного на выходе из ионно-оптической системы и имеющего прорезь в радиальном направлении. Перфорированная пластина с круглыми отверстиями (фиг. 1) выполнена с прорезью 18 от края пластины до ее центра.Emission 4 and accelerating 5 electrodes of the ion-optical system are made in the form of a perforated plate 13 (Fig.2, 3) of an electrically conductive material. The perforation of the plates is formed by round holes 14 (figure 2) or slit-like holes 15 (figure 3) with a constant width. The slit-like openings are elongated in the radial direction and are arranged in groups along concentric rings in the plane of the plate. The longer holes 16 are axisymmetrically located between the less extended holes 15. The central holes 17 are round. The retarding electrode 6 is made in the form of an electrically conductive ring mounted at the outlet of the ion-optical system and having a slot in the radial direction. A perforated plate with round holes (Fig. 1) is made with a slot 18 from the edge of the plate to its center.

При подаче рабочего тела через узел подачи 2 внутрь диэлектрического корпуса 1 и запитывании индуктора 3 током переменной частоты от высокочастотного генератора 12 в разрядной камере 1 зажигается разряд. Данный разряд является индуктивным и самостоятельным. При этом переменный ток, протекающий в индукторе, генерирует переменное магнитное поле (преимущественно аксиальное), которое, в свою очередь, индуцирует электрическое поле (преимущественно азимутальное). Самостоятельность разряда означает, что для его стационарного горения не требуется катода, эмитирующего электроны. Единственным источником мощности, поддерживающей разряд, является электромагнитное поле. Как видно из фиг. 1, разрядная камера содержит в своем объеме только электрод - анод 10, служащий для удаления из разряда избыточных электронов. Этот электрод имеет положительный потенциал и не подвержен катодному распылению. Задаваемый на аноде потенциал будет определять потенциал плазмы и за разностью пристеночного скачка потенциал контактирующих с плазмой диэлектрических стенок разрядной камеры.When the working fluid is fed through the supply unit 2 into the dielectric housing 1 and the inductor 3 is fed with a variable frequency current from the high-frequency generator 12, the discharge is ignited in the discharge chamber 1. This discharge is inductive and independent. In this case, the alternating current flowing in the inductor generates an alternating magnetic field (mainly axial), which, in turn, induces an electric field (mainly azimuthal). The independence of the discharge means that for its stationary combustion does not require a cathode emitting electrons. The only source of power supporting the discharge is the electromagnetic field. As can be seen from FIG. 1, the discharge chamber contains in its volume only an electrode - anode 10, which serves to remove excess electrons from the discharge. This electrode has a positive potential and is not subject to cathodic sputtering. The potential set at the anode will determine the plasma potential and the potential of the dielectric walls of the discharge chamber in contact with the plasma behind the difference in the wall shock.

Нейтрализатор 8 служит для инжекции электронов в истекающий из двигателя пучок ионов и представляет собой самостоятельный плазменный источник электронов.The converter 8 serves to inject electrons into the ion beam flowing out of the engine and is an independent plasma source of electrons.

В самом общем виде рабочий процесс в разрядной камере может быть описан следующим образом.In its most general form, a workflow in a discharge chamber can be described as follows.

Высокочастотные токи в индукторе 3 генерируют в объеме разрядной камеры 1 магнитное поле, которое индуцирует электрическое высокочастотное поле, ускоряющее в разрядной плазме электроны, осциллирующие с частотой поля и аккумулирующие энергию поля, тратя ее на неупругие столкновения с тяжелыми частицами (атомом или ионом), вызывая возбуждение или ионизацию тяжелых частиц. Каждое такое столкновение приводит к потере некоторого кванта энергии. Атомы и ионы рабочего тела, например, инертного газа - ксенона, представляют собой сложную квантово-механическую систему. В плазме атомы и ионы находятся в разных квантово-механических состояниях. Распределение по состояниям (заселенность энергетических уровней) является важнейшей характеристикой плазмы. Плазма высокочастотного разряда в разрядной камере является разреженной и неравновесной. Следствием разреженности является то, что излучаемые возбужденными частицами фотоны доходят до стенок разрядной камеры, не взаимодействуя с частицами, находящимися на более низких энергетических уровнях, и поглощаются стенкой. Следствием неравновесности является то, что температура электронов намного больше температуры атомов и ионов, а заселенность тяжелых частиц по уровням не удовлетворяет распределению Больцмана.High-frequency currents in the inductor 3 generate a magnetic field in the volume of the discharge chamber 1, which induces an electric high-frequency field, accelerating electrons in the discharge plasma that oscillate with the field frequency and accumulate field energy, spending it on inelastic collisions with heavy particles (atom or ion), causing excitation or ionization of heavy particles. Each such collision leads to the loss of a certain quantum of energy. Atoms and ions of the working fluid, for example, inert gas - xenon, are a complex quantum-mechanical system. In a plasma, atoms and ions are in different quantum-mechanical states. The distribution by state (population of energy levels) is the most important characteristic of a plasma. The plasma of the high-frequency discharge in the discharge chamber is rarefied and nonequilibrium. The consequence of the rarefaction is that the photons emitted by excited particles reach the walls of the discharge chamber without interacting with particles at lower energy levels and are absorbed by the wall. A consequence of nonequilibrium is that the electron temperature is much higher than the temperature of atoms and ions, and the population of heavy particles by levels does not satisfy the Boltzmann distribution.

В самостоятельном разряде отсутствуют быстрые электроны, ускоренные катодным падением потенциала, поэтому, несмотря на наличие высокочастотного электрического поля, электроны распределены по энергиям в соответствии с равновесным распределением Больцмана-Максвелла. Основным механизмом установления такого распределения является термализация (электрон-электронные соударения). Благодаря этому процессу холодные электроны, образовавшиеся в результате неупругого соударения, приобретают температуру плазменных электронов. Баланс электронов в разряде определяется скоростью их образования в результате ионизации и скоростью их ухода (выпадения) на стенки разрядной камеры. Последняя зависит от равновесного потенциала плазмы относительно стенок, который устанавливается автоматически. Избыточные электроны выпадают на анод 10 и уходят из разряда. Баланс атомов и ионов в разряде определяется скоростями ионизации и ухода их на стенки разрядной камеры и в отверстия в электродах ионно-оптической системы. Вероятность рекомбинации ионов за счет присоединения электрона близка к нулю. Ступенчатые процессы ионизации с практически важной вероятностью возможна лишь в случае возбуждения метастабильных состояний, время жизни которых ≈10^-6 с примерно на два порядка выше, чем остальных состояний.An independent discharge does not have fast electrons accelerated by the cathodic potential drop, therefore, despite the presence of a high-frequency electric field, the electrons are distributed over the energies in accordance with the Boltzmann-Maxwell equilibrium distribution. The main mechanism for establishing such a distribution is thermalization (electron-electron collisions). Thanks to this process, cold electrons formed as a result of inelastic collision acquire the temperature of plasma electrons. The balance of electrons in a discharge is determined by the rate of their formation as a result of ionization and the rate of their escape (deposition) onto the walls of the discharge chamber. The latter depends on the equilibrium potential of the plasma relative to the walls, which is set automatically. Excess electrons fall on the anode 10 and leave the discharge. The balance of atoms and ions in a discharge is determined by the rates of ionization and their escape to the walls of the discharge chamber and to the holes in the electrodes of the ion-optical system. The probability of ion recombination due to electron attachment is close to zero. Stepwise ionization processes with a practically important probability are possible only in the case of excitation of metastable states whose lifetime is ≈10 ^-6 s approximately two orders of magnitude higher than the rest of the states.

Снижению эффективности процессов ионизации способствует рассеяние высокочастотной мощности, подводимой к плазме. Это происходит как вследствие конструктивной целесообразности размещения индуктора 3 вне объема разрядной камеры 1, что является причиной половинной потери высокочастотной мощности при ее рассеянии во внешнее пространство, так и возникновении потерь из-за кольцевых вихревых токов, возникающих в электропроводящих элементах и, в частности, в электродах и узлах ионно-оптической системы.Reducing the efficiency of ionization processes contributes to the dissipation of high-frequency power supplied to the plasma. This is due to the constructive feasibility of placing the inductor 3 outside the volume of the discharge chamber 1, which is the reason for the half loss of high-frequency power when it is dissipated into the external space, as well as the occurrence of losses due to ring eddy currents arising in the electrically conductive elements and, in particular, in electrodes and nodes of the ion-optical system.

Изготовление конструктивных элементов ионно-оптической системы с радиальными прорезями позволяет сократить потери высокочастотной мощности на создание кольцевых вихревых токов в них. При этом выполнение перфорированных пластин электродов с радиально ориентированной прорезью (см. фиг. 2) от внешней стороны пластины к ее центру не снижает эффективности извлечения ионов, если ширина прорези равна или превышает наименьший размер отверстий в этой пластине, выбранный из условия непропускания электронов в межэлектродный зазор.The manufacture of structural elements of an ion-optical system with radial slots can reduce the loss of high-frequency power to create ring eddy currents in them. Moreover, the implementation of perforated electrode plates with a radially oriented slot (see Fig. 2) from the outer side of the plate to its center does not reduce the efficiency of ion extraction if the width of the slot is equal to or exceeds the smallest hole size in this plate, selected from the condition of the passage of electrons into the interelectrode gap.

Выполнение электропроводящего кольца замедляющего электрода с радиально ориентированной прорезью также не оказывает существенного влияния на извлечение ионов. Так при включении плазменного источника электронов 8, электроды которого подключаются к источнику электропитания 9, осуществляется инжекция электронов в поток ускоренных ионов за внешней поверхностью замедляющего электрода 6. Граница внешней квазинейтральной плазмы устанавливается за отверстием в замедляющем электроде 6. В результате на внешней поверхности электрода 6 фиксируется потенциал нейтрализатора, равный нулю. Наличие радиальной щели в электроде 6 не оказывает существенного влияния на данный процесс.The implementation of the electrically conductive ring retarding electrode with a radially oriented slot also does not have a significant impact on the extraction of ions. So when you turn on the plasma electron source 8, the electrodes of which are connected to the power source 9, the electrons are injected into the accelerated ion stream behind the outer surface of the slowing-down electrode 6. The boundary of the external quasineutral plasma is set behind the hole in the slowing-down electrode 6. As a result, the outer surface of the electrode 6 neutralizer potential equal to zero. The presence of a radial gap in the electrode 6 does not significantly affect this process.

С целью повышения прочностных свойств перфорированных пластин отверстия в пластинах можно выполнять щелеобразными с постоянной шириной (см. фиг.3). Эти отверстия 15, 16 вытянуты в радиальном направлении и расположены группами по концентрическим кольцам в плоскости пластин, при этом более протяженные отверстия по одному из концентрических колец осесимметрично расположены между менее протяженными отверстиями по другим концентрическим кольцам. При этом отверстия в центральной части пластин можно выполнять круглой формы, поскольку влияние высокочастотного поля в данной области невелико, и вихревые токи, формируемые здесь, незначительны.In order to increase the strength properties of the perforated plates, the holes in the plates can be made slit-like with a constant width (see figure 3). These holes 15, 16 are elongated in the radial direction and are arranged in groups along concentric rings in the plane of the plates, while longer holes along one of the concentric rings are axisymmetrically located between less extended holes along the other concentric rings. In this case, the holes in the central part of the plates can be made round in shape, since the influence of the high-frequency field in this region is small, and the eddy currents formed here are insignificant.

Таким образом, в целом полезная модель позволяет повысить эффективность ионно-плазменного двигателя при сохранении высокой эффективности извлечения и формирования ускоренных потоков ионов.Thus, on the whole, a useful model makes it possible to increase the efficiency of an ion-plasma engine while maintaining high efficiency in the extraction and formation of accelerated ion flows.

Claims

1. An ion-plasma engine containing a discharge chamber, the walls of which are made of dielectric material, a node for supplying a gaseous working substance to the discharge chamber, means for generating a high-frequency electric discharge in the cavity of the discharge chamber, and an ion-optical system, including sequentially placed with a spatial gap between each other emission, accelerating and decelerating electrodes, while emission and accelerating electrodes are made in the form of round perforated plates with compatible like openings and coaxial holes, and the retarding electrode is made in the form of an electrically conductive ring, behind which a neutralizer is installed along the ion flow, characterized in that at least one of the perforated plates is made with at least one radially oriented slot from the outside plate to its center, and the width of the slot is equal to or greater than the smallest size of the holes in this plate.

2. The ion-plasma engine according to claim 1, characterized in that the beginning of the radially oriented slot is the center of the plate.

3. The ion-plasma engine according to claim 1, characterized in that the holes in the plates are slit-like with a constant width, elongated in the radial direction and arranged in groups along concentric rings in the plane of the plates, while longer openings along one of the concentric rings are axisymmetrically located between shorter openings along other concentric rings.

4. The ion-plasma engine according to claim 1, characterized in that the electrically conductive ring of the retarding electrode is made of at least one radially oriented slot.

5. The ion-plasma engine according to claim 3, characterized in that round holes are made in the central part of the plates.