RU2163309C2

RU2163309C2 - Ion beam concentrating device for plasma engine and plasma engine equipped with such device

Info

Publication number: RU2163309C2
Application number: RU99103933/06A
Authority: RU
Inventors: Л.А.(RU) Латишев; Л.А. Латишев; А.М.(RU) Якубов; А.М. Якубов; Айдар Бексултанович Якупов (KZ); Айдар Бексултанович Якупов; С.А.(RU) Хартов; С.А. Хартов; Доминик Валентиан (FR); Доминик ВАЛЕНТИАН
Original assignee: Московский государственный авиационный институт (технический университет)
Priority date: 1997-05-23
Filing date: 1997-05-23
Publication date: 2001-02-20

Abstract

FIELD: electronic plasma facilities for use on ground and in space. SUBSTANCE: proposed device has widened magnetic pole piece made in form of truncated cone opened from both ends and designed for mounting behind the plane of plasma engine outlet hole. Plasma engine has ionizing and accelerating ring channel, peripheral and central pole pieces arranged at both sides of ring channel to create magnetic field practically radial in plane perpendicular to ring channel axis. Device has also additional peripheral magnetic circuit connecting rear end of widened magnetic pole piece with peripheral pole piece. Widened magnetic pole piece interacts with additional peripheral magnetic circuit and central pole piece to form magnetic field, and with ring channel to keep ion beam radiated by ring channel inside conical zone whose angle in preliminarily determined top is defined by apex angle of widened pole piece. EFFECT: provision of ion beam with definite contour and density of ions. 17 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к электронным плазменным двигателям, которые используются, в частности, для приведения в движение аппаратов в космосе, а также для осуществления промышленных процессов на земле, и более точно - к плазменному двигателю с закрытым дрейфом электронов, которые также называют двигателями с устойчивой плазмой, двигателями Холла или двигателями с анодным слоем. The invention relates to electronic plasma engines, which are used, in particular, to propel apparatuses in space, as well as to carry out industrial processes on the ground, and more specifically, to a plasma engine with closed electron drift, which is also called stable plasma engines, Hall motors or anode layer motors.

Предшествующий уровень техники
Из статьи Л.X. Арцимовича и др., 1974, где описана программа разработки двигателя с устойчивой плазмой и его исследования, осуществленные на спутнике "МЕТЕОР", известны двигатели с закрытым дрейфом электронов и двигатели с устойчивой плазмой, которые отличаются от других классов ионных двигателей тем, что ионизация и ускорение не отличаются друг от друга, и тем, что зона ускорения содержит равное количество ионов и электронов, что позволяет исключить любое формирование объемного заряда.State of the art
From an article by L.X. Artsimovich et al., 1974, which describes a program for developing a stable plasma engine and its research carried out on the METEOR satellite, known engines with closed electron drift and stable plasma engines, which differ from other classes of ion engines in that ionization and acceleration does not differ from each other, and the fact that the acceleration zone contains an equal number of ions and electrons, which eliminates any formation of space charge.

Ниже описан со ссылками на фиг. 6 двигатель с закрытым дрейфом электронов в соответствии с предложением, изложенном в статье Л.Х. Арцимовича и др. Below is described with reference to FIG. 6 engine with closed electron drift in accordance with the proposal set forth in the article by L.Kh. Artsimovich and others.

Кольцевой канал 1, образованный одной деталью 2 из изоляционного материала, установлен в электромагните, содержащем наружный 3 и внутренний 4 кольцевые полюсные наконечники, расположенные соответственно снаружи и внутри детали 2. Магнитное ярмо 12 расположено перед двигателем, катушки электромагнита 11 расположены по всей длине канала 1 и установлены последовательно вокруг магнитных сердечников 10, соединяющих наружный полюсный наконечник 3 и ярмо 12. Соединенный с корпусом полый катод 7 соединен с устройством 17 подачи ксенона для образования тучи плазмы перед задним выходом канала 1. Кольцевой анод 5, соединенный с положительным полюсом источника снабжения электроэнергией, например током 300 В, расположен в закрытой передней части кольцевого канала 1. Трубка впрыска ксенона, взаимодействующая с термо- и электроизолятором 8, выходит в кольцевой распределительный канал 9, расположенный в непосредственной близости от кольцевого анода 5. An annular channel 1 formed by one part 2 of insulating material is installed in an electromagnet containing an outer 3 and an inner 4 ring pole pieces located respectively on the outside and inside of part 2. Magnetic yoke 12 is located in front of the engine, solenoid coils 11 are located along the entire length of channel 1 and are mounted in series around magnetic cores 10 connecting the outer pole piece 3 and the yoke 12. The hollow cathode 7 connected to the housing is connected to the xenon supply device 17 to form clouds of plasma in front of the rear exit of channel 1. The annular anode 5, connected to the positive pole of the power supply source, for example, a current of 300 V, is located in the closed front of the annular channel 1. The xenon injection tube interacting with the thermal and electrical insulator 8 goes into the distribution ring channel 9, located in the immediate vicinity of the annular anode 5.

Ионизирующие и нейтрализующие электроны поступают из полого катода 7. Ионизирующие электроны увлекаются в изоляционный кольцевой канал 1 посредством электрического поля, образованного между анодом 5 и тучей плазмы, поступающей из катода 7. Ionizing and neutralizing electrons come from the hollow cathode 7. Ionizing electrons are carried away into the insulating annular channel 1 by means of an electric field formed between the anode 5 and the cloudy plasma coming from the cathode 7.

Под действием электрического поля E и магнитного поля В, созданного катушками 11, ионизирующие электроны перемещаются по траектории дрейфа по азимуту, необходимому для того, чтобы удержать электрическое поле в канале. Under the action of the electric field E and the magnetic field B created by the coils 11, the ionizing electrons move along the drift path in the azimuth necessary to hold the electric field in the channel.

Таким образом, ионизирующие электроны дрейфуют по траекториям, закрытым внутри изоляционного канала. В соответствии с этой особенностью было дано название этому двигателю. Thus, ionizing electrons drift along trajectories that are closed inside the insulating channel. In accordance with this feature, this engine was given a name.

Дрейф электронов значительно увеличивает вероятность столкновения электронов с нейтральными атомами. В результате этого производятся ионы (в данном случае, ионы ксенона). Electron drift significantly increases the probability of collision of electrons with neutral atoms. As a result, ions are produced (in this case, xenon ions).

Магнитное поле зависит от формы деталей 3, 4. По существу силовые линии 13 магнитного поля являются радиальными в плоскости 14 выходного отверстия двигателя. The magnetic field depends on the shape of the parts 3, 4. Essentially, the magnetic field lines 13 are radial in the plane 14 of the engine outlet.

Таким образом, двигатели с закрытым дрейфом электронов осуществляют ускорения ионов в плазме. Ионы не являются моноэнергетическими. При первой приблизительной оценке было определено, что пучок ионов имеет две составляющие:
весьма узкую составляющую с высокой энергией, которая поступает из зоны ионизации перед ускоряющим каналом 1, и
сильно расходящуюся составляющую со слабой энергией, которая поступает из выхода ускоряющего канала 1 и расширяется в объеме сразу после плоскости 14 выходного отверстия двигателя.Thus, engines with closed electron drift accelerate ions in the plasma. Ions are not monoenergetic. At the first rough estimate, it was determined that the ion beam has two components:
a very narrow component with high energy that comes from the ionization zone in front of the accelerating channel 1, and
a strongly divergent component with low energy, which comes from the output of the accelerating channel 1 and expands in volume immediately after the plane 14 of the engine outlet.

На фиг. 8a и 8b показано распределение потока ионов ионного пучка в зависимости от энергии ионного двигателя, который работает с разным напряжением V, равным 33 В. In FIG. 8a and 8b show the distribution of the ion beam of the ion beam as a function of the energy of the ion engine, which operates with a different voltage V of 33 V.

На фиг.8a показано шесть кривых, соответствующих углам, которые составляют соответственно 0^o, 7^o30', 15^o, 22^o30', 30^o, 37^o30' относительно оси двигателя. Можно констатировать, что поток ионов имеет максимум, соответствующий 270 эВ, амплитуда которого значительно уменьшается, когда величина угла увеличивается относительно угла двигателя. Этот главный максимум создается первичными ионами. Вторичные ионы, производимые на уровне плоскости выходного отверстия двигателя, образуют вторичный максимум, соответствующий энергии, равной 20-30 эВ. Амплитуда вторичного максимума практически не зависит от величины угла расходимости относительно оси двигателя.On figa shows six curves corresponding to the angles, which are respectively 0 ^o , 7 ^o 30 ', 15 ^o , 22 ^o 30', 30 ^o , 37 ^o 30 'relative to the axis of the engine. It can be stated that the ion flux has a maximum corresponding to 270 eV, the amplitude of which decreases significantly when the angle increases relative to the angle of the engine. This main maximum is created by primary ions. Secondary ions produced at the level of the plane of the engine outlet openings form a secondary maximum corresponding to an energy of 20-30 eV. The amplitude of the secondary maximum is practically independent of the angle of divergence relative to the axis of the engine.

На фиг. 8b изображены в увеличенном масштабе пять кривых, соответствующих углам, которые составляют 37^o30', 45^o, 52^o30', 60^o и 67^o30'. Можно заметить, что плотность ионов с высокой энергией очень сильно уменьшается при высоких значениях угла расходимости относительно оси аппарата. Однако для угла расходимости 67^o30' существует еще процент ионов, имеющих энергию более 100 эВ, которым нельзя пренебрегать. Эти ионы могут вызвать повреждение в результате их выброса.In FIG. 8b shows, on an enlarged scale, five curves corresponding to angles that are 37 ^° 30 ', 45 ^° , 52 ^° 30', 60 ^° and 67 ^° 30 '. It can be noted that the density of high-energy ions decreases very strongly at high divergence angles with respect to the apparatus axis. However, for a divergence angle of 67 ^° 30 ', there is still a percentage of ions having an energy of more than 100 eV that cannot be neglected. These ions can cause damage due to their release.

Фиг. 9 изображает распределение в угловом направлении ионов со слабой энергией и с высокой энергией и представляет общий вид профиля пучка. Кривая 31, изображенная сплошной линией, представляет величину потока ионов, измеренного в коллекторе, равную 30 В в зависимости от угла расходимости относительно оси двигателя, а кривая 32, изображенная прерывистой линией, представляет величину потока иона, измеренного в коллекторе, равную 50 B в зависимости от угла расходимости относительно оси двигателя. FIG. 9 shows the angular distribution of low energy and high energy ions and presents a general view of the beam profile. Curve 31, depicted by a solid line, represents the value of the ion flux measured in the collector equal to 30 V depending on the angle of divergence relative to the axis of the engine, and curve 32, depicted by a dashed line, represents the value of the ion flux measured in the collector, equal to 50 V depending from the angle of divergence relative to the axis of the engine.

На фиг. 9 видно, что максимум плотности 33, 34, расположенный у 0^o, создан ионами с высокой энергией, поступающими от фронта ионизации, расположенного внутри канала ускорения в то время, как разброс значений с низкой энергией соответствует ионам с низкой энергией.In FIG. Figure 9 shows that the maximum density 33, 34, located at 0 ^o , is created by high-energy ions coming from the ionization front located inside the acceleration channel, while the scatter of low-energy values corresponds to low-energy ions.

На фиг. 7 показана часть обычного двигателя с закрытым дрейфом электронов, выполненного согласно варианту, описанному со ссылками на фиг. 6. Стрелки 52 определяют ориентацию векторов скорости ионов, кривая 51, изображенная пунктирной линией, представляет распределение плотности ионов точно на выходе из ускоряющего канала. Силовые линии магнитного поля 113 на выходе из ускоряющего канала 1, созданные полюсными наконечниками 3, 4 и катушками 11, 15, также изображены с наложением на изображение распределения ионов. Видно, что траектории ионов перпендикулярны силовым линиям магнитного поля. Отсюда следует, что траектории 54, 56 ионов в точках 53, 55, расположенных по периферии ускоряющего канала 1 перед плоскостью 14 выходного отверстия, практически перпендикулярны оси Z двигателя. In FIG. 7 shows a part of a conventional electron drift closed engine in accordance with the embodiment described with reference to FIG. 6. Arrows 52 determine the orientation of the ion velocity vectors, curve 51, shown by the dashed line, represents the ion density distribution exactly at the exit of the accelerating channel. The lines of force of the magnetic field 113 at the exit of the accelerating channel 1, created by the pole pieces 3, 4 and coils 11, 15, are also shown superimposed on the image of the ion distribution. It can be seen that the ion trajectories are perpendicular to the lines of force of the magnetic field. It follows that the ion paths 54, 56 at points 53, 55 located on the periphery of the accelerating channel 1 in front of the exit plane 14 are practically perpendicular to the Z axis of the engine.

Траектория ионов сильно расходящейся составляющей с низкой энергией пучка ионов, которые направляются силовыми линиями магнитного поля, соответствующими эквипотенциалам, оказывает вредное воздействие на поверхность космического летательного аппарата, на котором установлен этот двигатель. The ion path of a strongly divergent component with a low energy ion beam, which are guided by magnetic field lines corresponding to equipotentials, has a harmful effect on the surface of the spacecraft on which this engine is mounted.

В случае применения для промышленных целей, в частности в установках для распыления с помощью ионного пучка, возникают сложные проблемы ввиду того, что пока еще не создан пучок с хорошо определенными границами и поэтому пучок выходит за пределы цели и ударяется о стенки камеры устройства, вызывая таким образом загрязнение покрытия. In the case of industrial applications, in particular in ion beam sputtering installations, complex problems arise because a beam with well-defined boundaries has not yet been created and therefore the beam goes beyond the target and hits the walls of the device’s chamber, causing contamination of the coating.

Краткое описание существа изобретения
В основу настоящего изобретения поставлена задача устранения указанных недостатков и обеспечения возможности создания ионного пучка на выходе двигателя, имеющего хорошо определенный контур и плотность ионов, при этом распределение плотности улучшено для устранения вредного воздействия ионов с низкой энергией, расположенных по периферии пучка.SUMMARY OF THE INVENTION
The basis of the present invention is the task of eliminating these disadvantages and making it possible to create an ion beam at the output of an engine having a well-defined contour and ion density, while the density distribution is improved to eliminate the harmful effects of low-energy ions located on the periphery of the beam.

Поставленная задача решается путем создания плазменного двигателя с закрытым дрейфом электронов, который содержит
кольцевой ионизирующий и ускоряющий канал, образованный элементами из изоляционного материала и имеющий на заднем конце отверстие,
по меньшей мере один полый катод, расположенный снаружи кольцевого канала и за этим каналом,
концентричный кольцевому каналу кольцевой анод, расположенный перед отверстием канала на некотором расстоянии относительно этого отверстия,
первое и второе средства подачи ионизируемого газа, соединенные соответственно с полым катодом и с кольцевым анодом,
магнитная цепь для создания магнитного поля в кольцевом канале, которая содержит несколько отдельных средств для создания магнитного поля, ярмо, магнитную периферийную цепь, расположенную в осевом направлении снаружи кольцевого канала и периферийный и центральный полюсные наконечники, соединенные между собой периферийной магнитной цепью и расположены с двух сторон кольцевого канала для создания радиального магнитного поля в плоскости выходного отверстия, перпендикулярной оси кольцевого канала, который согласно изобретению содержит
расширенный магнитный полюсный наконечник, выполненный в виде усеченного конуса, который открыт с двух концов, расположен соосно оси кольцевого канала плоскостью выходного отверстия и расширяется в направлении к задней части, и
по меньшей мере одну дополнительную периферийную магнитную цепь, соединяющую задний конец расширенного магнитного полюсного наконечника с периферийным полюсным наконечником, расположенным снаружи вспомогательного канала, при этом расширенный магнитный полюсный наконечник взаимодействует с дополнительной периферийной магнитной цепью и с полюсными наконечниками, расположенными с двух сторон кольцевого канала для определенной формы магнитного поля за кольцевым каналом, чтобы излучаемый кольцевым каналом пучок ионов оставался внутри конической зоны, угол которой в предварительно определенной вершине определяется углом при вершине расширенного магнитного полюсного наконечника.The problem is solved by creating a plasma engine with a closed electron drift, which contains
an annular ionizing and accelerating channel formed by elements of insulating material and having an opening at the rear end,
at least one hollow cathode located outside and behind the annular channel,
concentric to the annular channel annular anode located in front of the channel opening at a certain distance relative to this hole,
first and second means of supplying ionized gas, connected respectively to the hollow cathode and to the annular anode,
a magnetic circuit for creating a magnetic field in an annular channel, which contains several separate means for creating a magnetic field, a yoke, a magnetic peripheral circuit located axially outside the annular channel and peripheral and central pole pieces connected to each other by a peripheral magnetic circuit and arranged with two the sides of the annular channel to create a radial magnetic field in the plane of the outlet perpendicular to the axis of the annular channel, which according to the invention contains
the expanded magnetic pole piece, made in the form of a truncated cone, which is open at both ends, is located coaxially with the axis of the annular channel by the plane of the outlet and expands towards the rear, and
at least one additional peripheral magnetic circuit connecting the rear end of the expanded magnetic pole piece with a peripheral pole tip located outside the auxiliary channel, wherein the expanded magnetic pole piece interacts with the additional peripheral magnetic circuit and with pole pieces located on both sides of the annular channel a certain shape of the magnetic field behind the annular channel so that the ion beam emitted by the annular channel remains inside and the conical zone, wherein the angle in a predetermined apex angle at the vertex defined by the extended magnetic pole piece.

Таким образом, согласно изобретению выходящий из ускоряющего кольцевого канала ионный пучок вынужден оставаться внутри конуса, полуугол которого при вершине определяется полууглом при вершине расширенного полюсного наконечника, однако нет необходимости, чтобы полуугол при вершине конусного ионного пучка был бы точно равен полууглу расширенного полюсного наконечника. Thus, according to the invention, the ion beam emerging from the accelerating annular channel is forced to remain inside the cone, the half-angle of which at the apex is determined by the half-angle at the apex of the expanded pole piece, however, it is not necessary that the half-angle at the apex of the conical ion beam is exactly equal to the half-angle of the expanded pole piece.

Расширенный полюсный наконечник, расположенный перед обычной плоскостью выходного отверстия ускоряющего канала, предназначен для формирования конфигурации магнитного поля перед плоскостью выходного отверстия и для изменения эквипотенциалей снаружи двигателя и траектории ионов таким образом, чтобы обеспечить более направленную траекторию ионов и устранить любую возможность повреждения наружных стенок, расположенных рядом с ионным пучком. The expanded pole piece located in front of the usual plane of the exit hole of the accelerating channel is designed to form a magnetic field in front of the plane of the exit hole and to change the equipotentials outside the engine and the ion path in such a way as to provide a more directed ion path and eliminate any possibility of damage to the outer walls located next to the ion beam.

Следует отметить, что сам расширенный полюсный наконечник защищен от воздействия ионов, поскольку траектории периферийных ионов расположены по существу касательно по отношению к расширенному полюсному наконечнику. It should be noted that the expanded pole piece itself is protected from the effects of ions, since the trajectories of the peripheral ions are essentially tangent to the expanded pole piece.

Полуугол при вершине α расширенного полюсного наконечника выполнен в виде усеченного конуса и составляет от 30 до 60^o.The half-angle at the apex α of the expanded pole piece is made in the form of a truncated cone and ranges from 30 to 60 ^o .

Целесообразно, чтобы полуугол при вершине расширенного полюсного наконечника был равен приблизительно 45^o.It is advisable that the half-angle at the top of the expanded pole piece is approximately 45 ^o .

Согласно предпочтительному варианту выполнения расширенный полюсный наконечник имеет такую форму, что угол, образованный наконечником и осью двигателя, увеличивается по мере удаления от плоскости выходного отверстия в направлении к задней части таким образом, чтобы обеспечить возможность постепенного развертывания линий магнитного поля. According to a preferred embodiment, the expanded pole piece has a shape such that the angle formed by the tip and the axis of the motor increases as it moves away from the plane of the outlet towards the rear so as to allow the gradual development of magnetic field lines.

Согласно рациональному варианту выполнения на расширенный полюсный наконечник наносят покрытие, предназначенное для увеличения излучательной способности поверхности наконечника, для электрической изоляции или для образования защитной пленки против загрязнения между кольцевым каналом и расширенным полюсным наконечником. According to a rational embodiment, the expanded pole piece is coated to increase the emissivity of the surface of the tip, to be electrically insulated or to form a protective film against contamination between the annular channel and the expanded pole piece.

Покрытие может быть выполнено из материала, аналогичного материалу деталей, ограничивающий кольцевой канал, и выбранного из группы, состоящей из алюминия, нитрида бора, кремния, нитрида алюминия, нитрида кремния, Al₂O₃ - TiO₂ и TiN.The coating can be made of a material similar to the material of the parts defining the annular channel and selected from the group consisting of aluminum, boron nitride, silicon, aluminum nitride, silicon nitride, Al ₂ O ₃ - TiO ₂ and TiN.

Согласно еще одному варианту выполнения дополнительная периферийная магнитная цепь выполнена из одного ферромагнитного кольца. According to another embodiment, the additional peripheral magnetic circuit is made of one ferromagnetic ring.

Согласно более целесообразному варианту выполнения полый катод вставлен в отверстие, образованное в расширенной полюсной детали, и снабжен защитным ферромагнитным экраном, расположенным напротив местного магнитного поля. According to a more suitable embodiment, the hollow cathode is inserted into the hole formed in the expanded pole piece and is provided with a protective ferromagnetic shield opposite the local magnetic field.

Дополнительная периферийная магнитная цепь может также включать ферромагнитные стержни. An additional peripheral magnetic circuit may also include ferromagnetic rods.

В этом случае согласно особенно целесообразному варианту выполнения ферромагнитные стержни выполнены из мягкой стали и охвачены катушками, направление обмоток которых является таким, чтобы направление магнитного потока, создаваемого в дополнительной периферийной магнитной цепи, было бы противоположным направлению магнитного потока, образованного в магнитной периферийной цепи, расположенной вдоль оси снаружи кольцевого канала. In this case, according to a particularly suitable embodiment, the ferromagnetic rods are made of mild steel and are surrounded by coils, the direction of the windings of which is such that the direction of the magnetic flux generated in the additional peripheral magnetic circuit is opposite to the direction of the magnetic flux formed in the magnetic peripheral circuit located along an axis outside the annular channel.

Изобретение относится также к устройству концентрации пучка ионов для плазменного двигателя с закрытым дрейфом электронов, который согласно изобретению содержит расширенный магнитный наконечник, выполненный в форме усеченного конуса, открытый с двух концов и предназначенный для установки за плоскостью выходного отверстия плазменного двигателя, содержащего ионизирующий и ускоряющий кольцевой канал и периферийный и центральный полюсные наконечники, расположенные по обе стороны относительно кольцевого канала для создания магнитного поля, по существу, радиального в плоскости выходного отверстия, перпендикулярной оси кольцевого канала, и дополнительную периферийную магнитную цепь, соединяющую задний конец расширенного магнитного полюсного наконечника с периферийным полюсным наконечником, при этом расширенный полюсный магнитный наконечник взаимодействует с дополнительной периферийной магнитной цепью, с периферийным полюсным наконечником и с центральным полюсным наконечником для формирования магнитного поля за кольцевым каналом таким образом, чтобы излучаемый кольцевым каналом пучок ионов оставался внутри конической зоны, угол которой в предварительно определенной вершине, определяется в зависимости от угла при вершине расширенного полюсного магнитного наконечника. The invention also relates to a device for concentration of an ion beam for a plasma engine with a closed electron drift, which according to the invention contains an expanded magnetic tip made in the form of a truncated cone, open at both ends and designed to be installed behind the plane of the exit hole of a plasma engine containing an ionizing and accelerating ring channel and peripheral and central pole pieces located on both sides relative to the annular channel to create a magnetic field, essentially radial in the plane of the outlet perpendicular to the axis of the annular channel, and an additional peripheral magnetic circuit connecting the rear end of the expanded magnetic pole tip with a peripheral pole tip, while the expanded pole magnetic tip interacts with an additional peripheral magnetic circuit with a peripheral pole tip and with a central pole tip to form a magnetic field behind the annular channel so that emitted annular channel ion beam remains within the conical zone, wherein the predetermined angle in the vertex is determined depending on the angle at the vertex of the expanded magnetic pole tip.

Краткое описание чертежей
Другие характеристики и преимущества изобретения будут понятны из нижеследующего описания предпочтительных вариантов выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 изображает часть плазменного двигателя (продольный разрез) с закрытым дрейфом электронов, снабженного устройством формирования пучка в соответствии с первым вариантом выполнения изобретения;
фиг. 2 - плазменный двигатель (продольный разрез) с закрытым дрейфом электронов, снабженный устройством формирования пучка, выполненного в соответствии со вторым вариантом выполнения изобретения;
фиг. 3 - часть двигателя (продольный разрез) с закрытым дрейфом электронов, снабженного устройством формирования пучка, в который встроен полый катод согласно изобретению;
фиг. 4 - вариант выполнения устройства формирования пучка (продольный разрез), установленного на плазменном двигателе с закрытым дрейфом электронов согласно изобретению;
фиг. 5 - сравнительные гистограммы профиля ионного пучка для обычного плазменного двигателя и для различных двух вариантов выполнения двигателей, оборудованных устройствами формирования пучка согласно изобретению;
фиг. 6 - известный плазменный двигатель с закрытым дрейфом электронов (продольный разрез);
фиг. 7 - часть известного плазменного двигателя с закрытым дрейфом электронов, и распределение плотности электронов, наложенной на силовые линии магнитного поля снаружи ускоряющего канала;
фиг. 8a и 8b изображают кривые, иллюстрирующие распределение ионного потока в зависимости от энергии в различных направлениях относительно оси известного плазменного двигателя;
фиг. 9 изображает профиль совокупности пучка ионов на выходе известного плазменного двигателя для двух коллекторов, имеющих различное напряжение.Brief Description of the Drawings
Other characteristics and advantages of the invention will be apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, in which:
figure 1 depicts a portion of a plasma engine (longitudinal section) with a closed electron drift, equipped with a beam forming device in accordance with the first embodiment of the invention;
FIG. 2 - a plasma engine (longitudinal section) with a closed electron drift, equipped with a beam forming device made in accordance with the second embodiment of the invention;
FIG. 3 is a part of an engine (longitudinal section) with a closed electron drift equipped with a beam forming device into which a hollow cathode according to the invention is integrated;
FIG. 4 shows an embodiment of a beam forming device (longitudinal section) mounted on a plasma engine with closed electron drift according to the invention;
FIG. 5 is a comparative histogram of the ion beam profile for a conventional plasma engine and for the various two embodiments of engines equipped with beam forming devices according to the invention;
FIG. 6 is a known plasma engine with closed electron drift (longitudinal section);
FIG. 7 is a part of a known plasma engine with a closed electron drift, and the distribution of electron density superimposed on the magnetic field lines outside the accelerating channel;
FIG. 8a and 8b are curves illustrating the distribution of the ion flux as a function of energy in various directions relative to the axis of a known plasma engine;
FIG. 9 depicts the profile of an ion beam population at the output of a known plasma engine for two collectors having different voltages.

Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения изобретения
На фиг. 1 показан вариант выполнения средств формирования ионного пучка, которые расположены согласно изобретению перед плоскостью 14 выходного отверстия плазменного двигателя с закрытым дрейфом электронов.DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
In FIG. 1 shows an embodiment of ion beam forming means, which are arranged according to the invention in front of a plane 14 of the outlet of a plasma engine with a closed electron drift.

Задняя часть ускоряющего кольцевого канала 1 образована деталями 2 из изоляционного материала, изображенными пунктирными линиями, и задняя часть главной магнитной цепи формирования магнитного поля в канале 1. Главная магнитная цепь содержит центральный полюсный наконечник 4 и периферийный кольцевой полюсный наконечник 3, расположенные рядом с плоскостью 14 выходного отверстия, а также периферийную магнитную цепь 10, периферийные электромагнитные катушки 11 и электромагнитные катушки, взаимодействующие с центральным полюсным наконечником 4, а также ярмо, аналогичное ярму 12, изображенному на фиг. 6, но не представленное на фиг. 1. Элементы 1-4, 10, 11 выполнены аналогично соответствующим элементам, показанным на фиг. 7, где показано известное устройство. The rear part of the accelerating annular channel 1 is formed by parts 2 of insulating material, shown in dashed lines, and the rear part of the main magnetic circuit for generating a magnetic field in the channel 1. The main magnetic circuit contains a central pole piece 4 and a peripheral ring pole piece 3 located adjacent to plane 14 the outlet, as well as the peripheral magnetic circuit 10, the peripheral electromagnetic coils 11 and electromagnetic coils interacting with the central pole piece 4, and a yoke similar to yoke 12, shown in FIG. 6, but not shown in FIG. 1. Elements 1-4, 10, 11 are made similarly to the corresponding elements shown in FIG. 7, where a known device is shown.

Плазменный двигатель с закрытым дрейфом содержит в случае его выполнения согласно варианту, изображенному на фиг. 6, кольцевой анод 5, который концентричен кольцевому каналу 1 и расположен на некотором расстоянии перед отверстием канала 1 и средство 6 подачи ионизируемого газа такого, как ксенон, соединенные с кольцевым анодом 5. Кроме того, плазменный двигатель, выполненный согласно изобретению, содержит полый электрод 7, не изображенный на фиг. 1, но представленный на фиг. 2, расположенный снаружи канала 1 за этим каналом и соединенный со средствами 17 подачи ионизируемого газа такого, как ксенон. A closed drift plasma engine, if implemented according to the embodiment of FIG. 6, a ring anode 5, which is concentric with the ring channel 1 and is located at some distance in front of the hole of the channel 1, and means 6 for supplying an ionizable gas such as xenon connected to the ring anode 5. In addition, the plasma engine made according to the invention contains a hollow electrode 7, not shown in FIG. 1 but shown in FIG. 2, located outside the channel 1 behind this channel and connected to means 17 for supplying an ionizable gas such as xenon.

Главная магнитная цепь формирует магнитное поле, силовые линии магнитного поля 13 являются, по существу, радиальными в плоскости 14 выходного отверстия, которая перпендикулярна оси двигателя. Следует отметить, что изменения, внесенные согласно изобретению в плазменный двигатель, не изменяют форму силовых линий магнитного поля 13 внутри кольцевого канала 1. Эти силовые линии магнитного поля 13 внутри канала 1 аналогичны силовым линиям известного двигателя 7. После плоскости 14 выходного отверстия силовые линии магнитного поля 113a изменяются сильно, в случае варианта выполнения, изображенного на фиг. 1, по сравнению с силовыми линиями магнитного поля 113 на фиг. 7. The main magnetic circuit forms a magnetic field, the lines of force of the magnetic field 13 are essentially radial in the plane 14 of the outlet, which is perpendicular to the axis of the motor. It should be noted that the changes made according to the invention to the plasma engine do not change the shape of the magnetic field lines 13 inside the annular channel 1. These magnetic field lines 13 inside the channel 1 are similar to the known lines of the known engine 7. After the exit plane 14, the magnetic lines fields 113a vary greatly in the case of the embodiment of FIG. 1, compared with the magnetic field lines 113 in FIG. 7.

Действительно, изображенный на фиг.1 плазменный двигатель снабжен дополнительной периферийной магнитной цепью 60, соединяющей с периферийным полюсным наконечником 3, расположенным снаружи кольцевого канала 1, расширенный полюсный магнитный наконечник 63, который имеет, по существу, форму усеченного конуса и открыт с двух концов, установлен соосно оси кольцевого канала 1 и расположен за плоскостью 14 выходного отверстия и расширяется в направлении к задней части. Indeed, the plasma engine shown in FIG. 1 is equipped with an additional peripheral magnetic circuit 60 connecting to the peripheral pole piece 3 located outside the annular channel 1, an expanded pole magnetic tip 63, which has a substantially truncated cone shape and is open at both ends, mounted coaxially to the axis of the annular channel 1 and is located beyond the plane 14 of the outlet and expands towards the rear.

Полюсный наконечник 63, выполненный в виде усеченного конуса, взаимодействует с дополнительной периферийной магнитной цепью 60 и с полюсными наконечниками 3, 4, установленными по обе стороны канала 1 для формирования магнитного поля за кольцевым каналом 1. The pole piece 63, made in the form of a truncated cone, interacts with an additional peripheral magnetic circuit 60 and with pole pieces 3, 4 mounted on both sides of the channel 1 to form a magnetic field behind the annular channel 1.

Согласно более целесообразному варианту выполнения полуугол при вершине α полюсного наконечника 63, выполненного в виде усеченного конуса, может быть в пределах от 30 до 60^o и может составлять приблизительно 45^o.According to a more suitable embodiment, the half-angle at the apex α of the pole piece 63, made in the form of a truncated cone, can be in the range from 30 to 60 ^o and can be approximately 45 ^o .

Дополнительный полюсный наконечник 63 может быть соединен с главной магнитной цепью 10, 3 на уровне плоскости 14 выходного отверстия с помощью стержней 60. Эти стержни 60 можно собрать из простых ферромагнитных деталей, не устанавливая активный элемент на магнитную плоскость (постоянный магнит, электромагнитную катушку), ни на уровень полюсного наконечника 63, ни на уровень стержней 60, образующих дополнительную периферийную магнитную цепь. An additional pole piece 63 can be connected to the main magnetic circuit 10, 3 at the level of the plane 14 of the outlet using the rods 60. These rods 60 can be assembled from simple ferromagnetic parts without installing the active element on the magnetic plane (permanent magnet, electromagnetic coil), neither to the level of the pole piece 63, nor to the level of the rods 60, forming an additional peripheral magnetic circuit.

Однако предпочтительно, чтобы активные элементы на магнитной плоскости были бы встроены в дополнительную периферийную магнитную цепь. Таким образом, стержни 60 могут быть собраны из постоянных магнитов. However, it is preferable that the active elements on the magnetic plane are embedded in an additional peripheral magnetic circuit. Thus, the rods 60 can be assembled from permanent magnets.

Согласно целесообразному варианту выполнения стержни 60 выполнены из низкоуглеродистой стали (фиг. 1) и охвачены катушками 61, направление обмотки которых таково, что направление магнитного потока, создаваемого в дополнительной периферийной магнитной цепи было бы противоположным направлению магнитного потока, образованного магнитной цепью 10, расположенной снаружи кольцевого канала 1 параллельно оси двигателя. According to an advantageous embodiment, the rods 60 are made of low carbon steel (Fig. 1) and are surrounded by coils 61, the winding of which is such that the direction of the magnetic flux generated in the additional peripheral magnetic circuit would be opposite to the direction of the magnetic flux formed by the magnetic circuit 10 located outside annular channel 1 parallel to the axis of the engine.

На фиг. 2 изображен другой вариант выполнения согласно изобретению, в котором дополнительная периферийная магнитная цепь 80 состоит из одного ферромагнитного кольца. In FIG. 2 shows another embodiment according to the invention, in which the additional peripheral magnetic circuit 80 consists of one ferromagnetic ring.

На фиг. 2 изображен более детально вариант выполнения, согласно которому комплекс полюсного наконечника 63, выполненного, по существу, в виде усеченного конуса, и дополнительно периферийной магнитной цепи 80 состоит из одной детали, закрепленной, например, с помощью болтового соединения или сварки на периферийных полюсных наконечниках, расположенных снаружи кольцевого канала 1. In FIG. 2 depicts in more detail an embodiment according to which the complex of the pole piece 63, made essentially in the form of a truncated cone, and additionally the peripheral magnetic circuit 80 consists of one part, fastened, for example, by bolting or welding to the peripheral pole pieces, located outside the annular channel 1.

Полюсный наконечник 63 в виде усеченного конуса, стрежни 60 или ферромагнитное кольцо 80 могут быть изготовлены из электроизоляционного феррита. A truncated cone pole piece 63, rods 60, or ferromagnetic ring 80 may be made of insulating ferrite.

Как следует из варианта выполнения, изображенного на фиг. 3, в плазменном двигателе с закрытым дрейфом электронов, выполненном согласно изобретению, полый катод 7 может быть вставлен в отверстие 163, образованное в расширенном полюсном наконечнике 63. В этом случае катод снабжен защитным ферромагнитным экраном 164, расположенным напротив локального магнитного поля. Защитный ферромагнитный экран 164 может быть расположен вокруг электрода зажигания 72, который сам охватывает корпус 71 полого катода 7, в который подается ионизируемый газ. Таким образом, электрод зажигания 72 и труба 164 способствуют образованию защищающего экрана для защиты корпуса 71 от нагревания. Полый катод 7 может быть установлен на полюсных наконечниках 3 и 63 с помощью фланца 73. Ось катода 7 приблизительно параллельна силовым линиям локального магнитного поля. As follows from the embodiment depicted in FIG. 3, in a closed electron drift plasma engine according to the invention, the hollow cathode 7 can be inserted into an opening 163 formed in the expanded pole piece 63. In this case, the cathode is provided with a protective ferromagnetic shield 164 opposite the local magnetic field. A protective ferromagnetic shield 164 may be located around the ignition electrode 72, which itself encompasses the housing 71 of the hollow cathode 7 into which the ionized gas is supplied. Thus, the ignition electrode 72 and the pipe 164 contribute to the formation of a protective shield to protect the housing 71 from heating. The hollow cathode 7 can be mounted on the pole pieces 3 and 63 using a flange 73. The axis of the cathode 7 is approximately parallel to the lines of force of the local magnetic field.

Полюсный наконечник 63, образующий диффузор, может быть покрыт покрытием 263 (фиг. 3), которое может выполнять несколько функций. Покрытие 263 может увеличивать излучательную способность поверхности наконечника таким образом, чтобы увеличить поток излучения и понизить температуру работы двигателя. The pole piece 63 forming the diffuser can be coated with a coating 263 (FIG. 3), which can perform several functions. Coating 263 can increase the emissivity of the tip surface in such a way as to increase the radiation flux and lower the engine operating temperature.

Покрытие 263 может также обеспечить электроизоляцию. Coating 263 may also provide electrical insulation.

Наконец, покрытие 263 может образовывать защиту против загрязнения между кольцевым каналом 1 и расширенным полюсным наконечником 63. Finally, coating 263 may form a protection against contamination between the annular channel 1 and the expanded pole piece 63.

Такой же слой покрытия может обеспечивать выполнение этих трех целей. Покрытие 263 может также быть продолжено покрытием 263b, выполненным на боковых поверхностях двигателя (фиг. 3). The same coating layer can provide these three goals. Coating 263 may also be continued by coating 263b formed on the side surfaces of the engine (FIG. 3).

Покрытие 263 и 263b может быть выполнено из материала, аналогичного материалу, из которого изготовлены детали, образующие кольцевой канал 1. The coating 263 and 263b may be made of a material similar to the material from which the parts forming the annular channel 1 are made.

В качестве примера, покрытие 263, 263b может быть выполнено из одного из материалов, или из комбинации из материалов, выбранных из группы, состоящей из алюминия, нитрида бора, кремния, нитрида алюминия, нитрида кремния, Al₂O₃-TiO₂ и TiN.As an example, coating 263, 263b may be made from one of the materials, or from a combination of materials selected from the group consisting of aluminum, boron nitride, silicon, aluminum nitride, silicon nitride, Al ₂ O ₃ -TiO ₂ and TiN .

На фиг. 4 показан вариант выполнения, согласно которому дополнительный полюсный наконечник 63 не имеет точную форму усеченного конуса, а скорее выполнен в виде полой расширяющейся детали, которая похожа на тюльпан, причем этот расширенный полюсный наконечник 63 имеет такую кривую 363, что угол, образованный этой деталью и осью двигателя увеличивается при удалении от плоскости 14 выходного отверстия в направлении к задней части таким образом, что силовые линии магнитного поля могут постепенно расходиться. In FIG. 4 shows an embodiment according to which the additional pole piece 63 does not have the exact shape of a truncated cone, but rather is made in the form of a hollow expanding part that looks like a tulip, and this expanded pole piece 63 has a curve 363 such that the angle formed by this part and the axis of the motor increases with distance from the plane 14 of the outlet in the direction of the rear so that the lines of force of the magnetic field can gradually diverge.

Если вновь обратиться к фиг.1, то увидим, что силовые линии 113a магнитного поля снаружи кольцевого канала 1 менее выпуклые, чем силовые линии 113 на фиг.7, в то время, как силовые линии магнитного поля 13 внутри канала 1 практически не изменились. Referring again to Fig. 1, we see that the magnetic field lines 113a outside the annular channel 1 are less convex than the field lines 113 in Fig. 7, while the magnetic field lines 13 inside the channel 1 are practically unchanged.

Образованные и ускоренные снаружи канала 1 ионы вынуждены оставаться внутри конуса, образованного дополнительным полюсным наконечником 63. Этот дополнительный полюсный наконечник 63, соединенная дополнительная магнитная цепь 60, 61 и полюсные наконечники 3, 4 взаимодействуют для образования магнитного поля и, следовательно, эквипотенциальных силовых линий 113a за плоскостью 14 выходного отверстия двигателя. Созданный в точке 53a ион ускоряется по вектору 54a в нормальном направлении эквипотенциали, которая соответствует очень точно силовой линии магнитного поля. Таким образом, ионы, ускоренные на периферии ионного пучка, являются практически параллельными наконечнику 63 и могут оставаться внутри конуса, полуугол которого при вершине образован полууглом при вершине α наконечника 63 в виде усеченного конуса или расширенного наконечника, похожего на усеченный конус. The ions formed and accelerated outside the channel 1 are forced to remain inside the cone formed by the additional pole piece 63. This additional pole piece 63, connected by an additional magnetic circuit 60, 61 and pole pieces 3, 4 interact to form a magnetic field and, therefore, equipotential lines of force 113a beyond the plane 14 of the engine outlet. The ion created at point 53a is accelerated along the vector 54a in the normal direction of the equipotential, which corresponds very precisely to the magnetic field line. Thus, ions accelerated at the periphery of the ion beam are almost parallel to tip 63 and can remain inside a cone, whose half-angle at the apex is formed by half-angle at tip α of tip 63 in the form of a truncated cone or an expanded tip, similar to a truncated cone.

В плазменном двигателе, выполненном согласно изобретению, плотность ионов увеличивается рядом с осью и сильно уменьшается в смещенной от центра зоне. Таким образом, ионный пучок направлен лучше, что улучшает его применение в промышленности и уменьшает во всех случаях возможность загрязнения. In a plasma engine made according to the invention, the ion density increases near the axis and greatly decreases in the zone offset from the center. Thus, the ion beam is better directed, which improves its application in industry and reduces in all cases the possibility of contamination.

На фиг. 5 представлены три гистограммы, которые представляют профиль ионного пучка на расстоянии 500 мм от выхода двигателя для трех следующих случаев:
S) со стандартным известным плазменным двигателем;
Р) с плазменным двигателем, выполненным согласно изобретению, оборудованным пассивной цепью формирования магнитного поля при выходе из двигателя, причем такая пассивная цепь содержит полюсный наконечник 63 и дополнительную магнитную цепь 60 без активных магнитных элементов таких, как постоянные магниты и электромагниты;
A) с плазменным двигателем, выполненным в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, в этом случае, цепь формирования поля 60, 63 на выходе из двигателя является активной и содержит активные магнитные элементы такие, как постоянные магниты или электромагниты.In FIG. Figure 5 presents three histograms that represent the ion beam profile at a distance of 500 mm from the engine output for the following three cases:
S) with a standard known plasma engine;
P) with a plasma engine made according to the invention, equipped with a passive circuit for generating a magnetic field upon exiting the engine, such a passive circuit comprising a pole piece 63 and an additional magnetic circuit 60 without active magnetic elements such as permanent magnets and electromagnets;
A) with a plasma engine made in accordance with a preferred embodiment of the invention, in this case, the field formation circuit 60, 63 at the engine outlet is active and contains active magnetic elements such as permanent magnets or electromagnets.

Если мы рассмотрим гистограмму S, которая иллюстрирует расхождение ионного пучка, вышедшего из стандартного плазменного двигателя, то мы заметим, что плотность ионов на краях имеет такую величину, которой нельзя пренебрегать, в то время, как величина плотности ионов рядом с осью остается небольшой. If we consider the histogram S, which illustrates the divergence of the ion beam emanating from a standard plasma engine, then we will notice that the ion density at the edges has a value that cannot be neglected, while the ion density near the axis remains small.

Гистограмма P показывает улучшение, достигнутое в результате применения плазменного двигателя, оборудованного согласно изобретению дополнительными средствами 63, 60, при этом катушки 61 не возбуждаются, что соответствует средствам формирования пассивного типа. В этом случае отмечено некоторое улучшение плотности ионов рядом с осью и некоторое уменьшение плотности ионов на краях. Bar graph P shows the improvement achieved by using a plasma engine equipped according to the invention with additional means 63, 60, while the coils 61 are not excited, which corresponds to the means of forming a passive type. In this case, there was a slight improvement in the density of ions near the axis and a slight decrease in the density of ions at the edges.

Гистограмма A соответствует осуществлению дополнительных средств формирования магнитного поля 63, 60 активного типа, т.е., например, вариант выполнения, изображенный на фиг.1 с возбужденными катушками 61. В этом случае отмечают, что плотность ионов рядом с осью умножается практически на коэффициент три, в то время, как плотность на сторонах является незначительной. Histogram A corresponds to the implementation of additional means of forming an active magnetic field 63, 60, that is, for example, the embodiment shown in Fig. 1 with excited coils 61. In this case, it is noted that the ion density near the axis is multiplied by almost a coefficient three, while the density on the sides is negligible.

Claims

1. A plasma engine with a closed electron drift, comprising an ionizing and accelerating annular channel (1) formed by elements (2) of insulating material and having at least one hollow cathode (7) located on the rear end located outside the annular channel (1) ) and beyond this channel, the annular anode (5) located concentrically to the annular channel at a certain distance relative to it, the first (17) and second (6) ionization gas supply means connected respectively to the hollow cathode (7) and to the annular anode (5 ), magnetically a chain (3, 4, 10, 12) for creating a magnetic field in an annular channel (1), which contains several separate means (10, 15) for creating a magnetic field, a yoke (12), a magnetic peripheral chain (10) located along axes outside the annular channel (1) and the peripheral (3) and central (4) pole pieces connected to each other by a peripheral chain (10) and a yoke (12) and located on both sides of the annular channel (1) to create a magnetic field radially in cavity (14) of the outlet perpendicular to the axis of the annular channel (1), characterized by m, which additionally contains a magnetic expanded pole piece (63), made in the form of a truncated cone, which is open from its two ends, located coaxially to the annular channel (1) behind the plane (14) of the outlet and extends towards the rear, and at least one additional peripheral magnetic circuit (60, 80) connecting the rear end of the expanded magnetic pole piece (63) with a peripheral pole piece (3) located outside the auxiliary channel (1), while the expanded magnetic the pole pole piece (63) interacts with an additional peripheral magnetic circuit (60, 80) and with pole pieces (3,4) located on both sides of the annular channel (1) to form a magnetic field behind the annular channel (1) so that the radiated An annular channel of the ion beam remained inside the conical zone, the angle of which at a predetermined vertex is determined by the angle at the apex of the expanded magnetic pole.

2. The plasma engine according to claim 1, characterized in that the half-angle at the apex α of the expanded pole piece (63), made in the form of a truncated cone, is 30-60 ^o .

3. The plasma engine according to claim 2, characterized in that the half-angle at the apex α of the expanded pole piece (63), made in the form of a truncated cone, is 45 ^o .

4. The plasma engine according to claim 1 or 2, characterized in that the expanded pole tip (63) has a curve at which the angle formed by the tip and the axis of the engine increases with distance from the exit hole plane (14) towards the rear parts to allow the gradual development of magnetic field lines.

5. The plasma engine according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that the expanded pole piece (63) has a coating (263) designed to increase the emissivity of the surface of the tip, to create electrical insulation, or to provide protection against pollution between the annular channel (1) and extended strip lug (63).

6. Plasma engine according to claim 5, characterized in that the coating (263) is made of a material similar to the material of the elements (2) bounding the annular channel (1).

7. A plasma engine according to claim 5 or 6, characterized in that the coating (263) is made of at least one of materials selected from the group consisting of titanium, boron nitride, silicon, aluminum nitride, silicon nitride, Al ₂ O _3- TiO ₂ and TiN.

8. The plasma engine according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that the expanded pole piece (63) and an additional peripheral magnetic circuit (60, 80) are made of ferromagnetic material without the addition of a permanent magnet or electromagnetic coil.

9. The plasma engine according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that at least one of the elements consisting of an expanded pole piece (63) and an additional peripheral magnetic circuit (60, 80) is made of insulating ferrite.

10. A plasma engine according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that the additional peripheral magnetic circuit (80) consists of one ferromagnetic ring.

11. The plasma engine according to claim 10, characterized in that the expanded pole piece (63) and the additional peripheral magnetic circuit (80) consist of one part mounted on a peripheral pole piece (3) located outside the annular channel (1).

12. A plasma engine according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that the hollow cathode (7) is integrated in the hole (163) made in the expanded pole piece (63) and is equipped with a protective ferromagnetic shield (164) located opposite the local magnetic field.

13. The plasma engine according to claim 12, characterized in that the protective ferromagnetic shield (164) is located around the ignition electrode (72), which covers the housing (71) of the hollow cathode (7).

14. The plasma engine according to claims 1 to 7, characterized in that the additional peripheral magnetic circuit (60) contains ferromagnetic rods.

15. The plasma engine according to 14, characterized in that the ferromagnetic rods are made of permanent magnets.

16. The plasma engine according to 14, characterized in that the ferromagnetic rods are made of low carbon steel and are surrounded by coils (61), the winding direction of which is made so that the magnetic flux generated by the additional peripheral magnetic circuit (60) has the opposite direction to the magnetic flux, peripheral magnetic circuit (10) located inside the annular channel (1).

17. The ion beam concentration device for a plasma engine with a closed electron drift, characterized in that it contains an expanded pole magnetic tip (63), made in the form of a truncated cone, open at both ends and intended to be installed behind the plane of the exit hole of a plasma engine containing an annular ionizing and accelerating channel (1) and peripheral (3) and central (4) pole pieces located on both sides relative to the annular channel (1) to create a radial magnetic field an outlet in the plane (14) perpendicular to the axis of the annular channel (1), and an additional magnetic peripheral circuit (60, 80) connecting the rear end of the expanded magnetic pole piece (63) with the peripheral pole piece (3), with the expanded pole the magnetic tip (63) interacts with an additional peripheral magnetic circuit (60, 80) and with the peripheral pole tip (3) and the central strip tip (4) to form a magnetic field behind the annular channel (1) so that the radiated ring anal (1) ion beam remains within the conical zone, wherein the angle in a predetermined apex angle at the vertex defined by the extended magnetic pole tip (63).