RU2766430C1 - Three-electrode ion-optical system - Google Patents

Three-electrode ion-optical system Download PDF

Info

Publication number
RU2766430C1
RU2766430C1 RU2020128214A RU2020128214A RU2766430C1 RU 2766430 C1 RU2766430 C1 RU 2766430C1 RU 2020128214 A RU2020128214 A RU 2020128214A RU 2020128214 A RU2020128214 A RU 2020128214A RU 2766430 C1 RU2766430 C1 RU 2766430C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ion
electrode
holes
optical system
ios
Prior art date
Application number
RU2020128214A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Павел Александрович Дронов
Алексей Борисович Деркачев
Алексей Анатольевич Казбанов
Илья Игоревич Панков
Дмитрий Сергеевич Баскаков
Олег Геннадьевич Савенко
Original Assignee
Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" filed Critical Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики"
Priority to RU2020128214A priority Critical patent/RU2766430C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2766430C1 publication Critical patent/RU2766430C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/08Ion sources; Ion guns

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

FIELD: plasma technology.
SUBSTANCE: invention relates to the field of plasma technology, namely to ion systems, and can be used in the field of rocket and space technology in the development and assembly of ion-optical systems (IOS) of ion engines, ion guns and ion accelerators. According to the invention, to ensure ease of assembly, alignment, stability of operation and increase the resource of the ion-optical system, holes are made in the decelerating electrode so that they form groups of ion beams formed by the emission and accelerating electrodes, consisting of more than one hole, but less than the total the number of holes in the emission electrode and the accelerating electrode.
EFFECT: this three-electrode ion-optical system provides a simplified manufacturing, an increase in the resource of the ion-optical system according to the invention: in the decelerating electrode, the number of holes is made more than one and less than the total number of holes in the emission electrode and the accelerating electrode.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области плазменной техники, а именно к ионным системам, и может быть использовано в области ракетно-космической техники при разработке и изготовлении ионно-оптических систем (ИОС) ионных двигателей, ионных пушек и ионных ускорителей.The invention relates to the field of plasma technology, namely to ion systems, and can be used in the field of rocket and space technology in the development and manufacture of ion-optical systems (IOS) of ion engines, ion guns and ion accelerators.

ИОС является конструктивно и технологически наиболее сложным и ответственным элементом ионных двигателей, ионных пушек и ионных ускорителей. Она состоит, как правило, из эмиссионного (ЭЭ), ускоряющего (УЭ) и замедляющего электродов (ЗЭ), в которых выполнены отверстия. Одной из наиболее важных проблем при изготовлении и сборке ИОС является обеспечение точности юстировки электродов ИОС.IOS is structurally and technologically the most complex and critical element of ion thrusters, ion guns and ion accelerators. It consists, as a rule, of emission (EE), accelerating (AE) and decelerating electrodes (SE), in which holes are made. One of the most important problems in the manufacture and assembly of the IOS is to ensure the accuracy of the alignment of the IOS electrodes.

Известны ИОС, выполненные из перфорированных ЭЭ и УЭ (сеток) и одного ЗЭ, выполненного в виде кольца (авторское свидетельство СССР №908193 «Источник ионов» и «Пилотируемая экспедиция на Марс» под редакцией А.С. Коротеева. - М:2006, 318 с. (149-152 стр.).Known IOS made of perforated EE and UE (grids) and one EE made in the form of a ring (USSR author's certificate No. 908193 "Ion source" and "Manned expedition to Mars" edited by A.S. Koroteev. - M: 2006, 318 pp. (pp. 149-152).

Такой вариант упрощает изготовление ИОС, но не позволят обеспечить высокий ресурс ИОС. Ресурс ИОС ограничен распылением материала УЭ. Так как ускоряющий электрод в зоне нейтрализации ионного пучка, создает высокую напряженность электростатического поля, это приводит к увеличению энергии падающих на УЭ ионов перезарядки (тока перехвата) и, следовательно, увеличению скорости эрозии (ионного распыления) перемычек между отверстиями УЭ (эрозия УЭ идет на поверхности обращенной к ЗЭ), что отражено в работах О.А. Горшков и др. Холовские и ионные плазменные двигатели для космических аппаратов. Москва, Машиностроение, 2008, Под редакцией РАН А.С. Коротеева с. 280 и R. Е. Wirz, J. R. Anderson, D. Μ. Goebel, Fellow, IEEE and I. Katz «Decel Grid Effects on Ion Thruster Grid Erosion», IEEE TRANSACTION ON PLASMA SCEIENCE, VOL. 36, NO. 5, OCTOBER 2008. c. 2122-2129.This option simplifies the manufacture of IOS, but will not allow to provide a high resource of IOS. The IOS resource is limited by the sputtering of the UE material. Since the accelerating electrode in the ion beam neutralization zone creates a high electrostatic field strength, this leads to an increase in the energy of the recharge ions incident on the RE (intercept current) and, consequently, to an increase in the erosion rate (ion sputtering) of the bridges between the RE holes (the RE erosion goes to surface facing the GE), which is reflected in the works of O.A. Gorshkov et al. Kholovskie and ion plasma engines for space vehicles. Moscow, Mashinostroenie, 2008, Edited by RAS A.S. Koroteeva s. 280 and R. E. Wirz, J. R. Anderson, D. M. Goebel, Fellow, IEEE and I. Katz "Decel Grid Effects on Ion Thruster Grid Erosion", IEEE TRANSACTION ON PLASMA SCEIENCE, VOL. 36, no. 5, October 2008. c. 2122-2129.

Также известны ИОС, выполненные из трех перфорированных электродов (сеток), при этом количество отверстий во всех электродах (сетках) равно. (S.W. Patterson, А.K. Malik, M.G. Haines, D.G. Fearn «Characteriation of the discharge modes of a gas fed hollow cathode for a Kaufman-type ion thruster» и Ismat M. Ahmed Rudwan, N.C. Wallace, Michele Coletti, Stephen B. Gabriel «Emitter depletion measurement and modeling in the T5&T6 Kaufman-type ion thruster»), данное решение ведет к увеличению ресурса ИОС, по причине снижения тока перехвата УЭ, но существенно усложняет технологию изготовления ИОС, в особенности усложняется юстировка электродов друг относительно друга.Also known are IOS made of three perforated electrodes (grids), while the number of holes in all electrodes (grids) is equal. (SW Patterson, A.K. Malik, MG Haines, DG Fearn "Characteriation of the discharge modes of a gas fed hollow cathode for a Kaufman-type ion thruster" and Ismat M. Ahmed Rudwan, NC Wallace, Michele Coletti, Stephen B Gabriel “Emitter depletion measurement and modeling in the T5&T6 Kaufman-type ion thruster”), this solution leads to an increase in the resource of the IOS, due to a decrease in the RE interception current, but significantly complicates the manufacturing technology of the IOS, in particular, it becomes more difficult to align the electrodes relative to each other.

Также появляется нестабильность работы и наличие пробоев в ИОС с тремя перфорированными электродами при выходе данной ИОС на рабочий режим. Это происходит из-за попадания ионов на перемычки ЗЭ, УЭ и ЭЭ по причине тепловых деформаций возникающих при прогреве ИОС и приводящих к несоосности отверстий электродов.Also, there is instability of work and the presence of breakdowns in the IOS with three perforated electrodes when this IOS enters the operating mode. This is due to the ingress of ions on the jumpers of the GE, UE and EE due to thermal deformations that occur during the heating of the IOS and lead to misalignment of the electrode holes.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков.The objective of the invention is to eliminate these disadvantages.

Согласно изобретению для обеспечения простоты изготовления и увеличения ресурса ИОС и стабильности работы в ЗЭ делается количество отверстий больше чем одно и меньше общего количества отверстий ЭЭ и УЭ. Отверстия в ЗЭ выполняются таким образом, что формируют группы из нескольких ионных пучков полученных после прохождения отверстий УЭ.According to the invention, to ensure ease of manufacture and increase the resource of the IOS and the stability of operation, the number of holes in the SE is made more than one and less than the total number of holes of the EE and UE. Holes in the SE are made in such a way that groups of several ion beams obtained after passing through the holes of the RE are formed.

Такой способ позволяет сохранить преимущества ИОС как с конструкцией ЗЭ выполненной в виде кольца, так и перфорированного ЗЭ, в котором количество отверстий равно количеству отверстий в ЭЭ и УЭ:This method allows you to save the advantages of the IOS both with the design of the PG made in the form of a ring, and perforated PE, in which the number of holes is equal to the number of holes in the EE and UE:

- увеличение ресурса двигателя в сравнении с ИОС с конструкцией ЗЭ в виде кольца;- increase in the engine resource in comparison with the IOS with the design of the SE in the form of a ring;

- простота изготовления включая юстировку электродов в сравнении с ИОС с тремя перфорированными электродами;- ease of manufacture, including the adjustment of the electrodes in comparison with the IOS with three perforated electrodes;

- более стабильная работа ИОС при выходе на рабочий режим в сравнении с ИОС с тремя перфорированными электродами. Предлагаемая трехэлектродная ионно-оптической система представлен на фиг.1.- more stable operation of the IOS when entering the operating mode in comparison with the IOS with three perforated electrodes. The proposed three-electrode ion-optical system is shown in Fig.1.

ИОС (1) состоит из: ЭЭ (2) с отверстиями, формирующими апертурную сетку, УЭ (3) и ЗЭ (4) с отверстиями, отличными по количеству от ЭЭ и УЭ, но больше чем одно, а также элементов крепежа (5, 10) и керамических изоляторов (6, 7, 8, 9).IOS (1) consists of: EE (2) with holes forming an aperture grid, UE (3) and EE (4) with holes different in number from EE and UE, but more than one, as well as fastener elements (5, 10) and ceramic insulators (6, 7, 8, 9).

На фиг. 2 и фиг. 3 представлены возможные варианты геометрии отверстий ЗЭ.In FIG. 2 and FIG. 3 shows the possible variants of the geometry of the holes of the SE.

Claims (1)

Трехэлектродная ионно-оптическая система, содержащая эмиссионный, ускоряющий и замедляющий электроды, отличающаяся тем, что количество отверстий в замедляющем электроде, формирующих группы пучков ионов, больше одного и меньше количества отверстий в эмиссионном электроде и ускоряющем электроде.Three-electrode ion-optical system containing emission, accelerating and decelerating electrodes, characterized in that the number of holes in the decelerating electrode, forming groups of ion beams, is more than one and less than the number of holes in the emission electrode and accelerating electrode.
RU2020128214A 2020-08-24 2020-08-24 Three-electrode ion-optical system RU2766430C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020128214A RU2766430C1 (en) 2020-08-24 2020-08-24 Three-electrode ion-optical system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020128214A RU2766430C1 (en) 2020-08-24 2020-08-24 Three-electrode ion-optical system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2766430C1 true RU2766430C1 (en) 2022-03-15

Family

ID=80736591

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020128214A RU2766430C1 (en) 2020-08-24 2020-08-24 Three-electrode ion-optical system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2766430C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU908193A1 (en) * 1980-06-06 1986-05-23 Рубежанский филиал Ворошиловградского машиностроительного института Ion source
US5465023A (en) * 1993-07-01 1995-11-07 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Carbon-carbon grid for ion engines
US5559391A (en) * 1994-02-24 1996-09-24 Societe Europeenne De Propulsion Three-grid ion-optical system
US20130037725A1 (en) * 2010-10-05 2013-02-14 Veeco Instruments, Inc. Grid providing beamlet steering
RU127511U1 (en) * 2012-12-07 2013-04-27 Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" ION OPTICAL SYSTEM OF ION ENGINE
RU2608188C1 (en) * 2015-09-02 2017-01-17 Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Method of producing elements and assemblies of ion optical system (versions), ion-optical system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU908193A1 (en) * 1980-06-06 1986-05-23 Рубежанский филиал Ворошиловградского машиностроительного института Ion source
US5465023A (en) * 1993-07-01 1995-11-07 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Carbon-carbon grid for ion engines
US5559391A (en) * 1994-02-24 1996-09-24 Societe Europeenne De Propulsion Three-grid ion-optical system
US20130037725A1 (en) * 2010-10-05 2013-02-14 Veeco Instruments, Inc. Grid providing beamlet steering
RU127511U1 (en) * 2012-12-07 2013-04-27 Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" ION OPTICAL SYSTEM OF ION ENGINE
RU2608188C1 (en) * 2015-09-02 2017-01-17 Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Method of producing elements and assemblies of ion optical system (versions), ion-optical system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ISMAT M. AHMED RUDWAN, Emitter depletion measurement and modeling in the T5&T6 Kaufman-type ion thruster, IEPC-2007-256. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Brown et al. Recommended practice for use of Faraday probes in electric propulsion testing
US5869829A (en) Time-of-flight mass spectrometer with first and second order longitudinal focusing
JP6236016B2 (en) Multiple reflection mass spectrometer
JP6389762B2 (en) Multiple reflection mass spectrometer
US5065018A (en) Time-of-flight spectrometer with gridless ion source
US4541890A (en) Hall ion generator for working surfaces with a low energy high intensity ion beam
JP6289728B2 (en) Injector system for synchrotron and operation method of drift tube linear accelerator
RU2766430C1 (en) Three-electrode ion-optical system
Sartori et al. Modeling of beam transport, secondary emission and interactions with beam-line components in the ITER neutral beam injector
US3345820A (en) Electron bombardment ion engine
US4471224A (en) Apparatus and method for generating high current negative ions
Abgaryan et al. Numerical simulation of a high-perveance ion-extraction system with a plasma emitter
US20150144810A1 (en) Triple mode electrostatic collimator
Lafleur et al. Radio-frequency biasing of ion thruster grids
US4794298A (en) Ion source
Ho et al. Wear test demonstration of a technique to mitigate keeper erosion in a high-current LaB 6 hollow cathode
US10804068B2 (en) Electostatic filter and method for controlling ion beam properties using electrostatic filter
Ohayon et al. Imaging recoil ions from optical collisions between ultracold, metastable neon isotopes
Dyubo et al. Charge transport characterization of the alternative low power hybrid ion engine (alphie) with particle-in-cell simulations
JPH0917365A (en) Field emission type electron gun
JP2757460B2 (en) Time-of-flight mass spectrometer
Kolmogorov et al. Production, formation, and transport of high-brightness atomic hydrogen beam studies for the relativistic heavy ion collider polarized source upgrade
US3514666A (en) Charged particle generator yielding a mono-energetic ion beam
Kerber et al. Background pressure effects on plume properties of a low-cost hall effect thruster
Pomozov et al. Reflectrons with ion orthogonal acceleration based on planar gridless mirrors