RU2766430C1 - Three-electrode ion-optical system - Google Patents
Three-electrode ion-optical system Download PDFInfo
- 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
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
- H01J37/08—Ion sources; Ion guns
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
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)
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)
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 |
-
2020
- 2020-08-24 RU RU2020128214A patent/RU2766430C1/en active
Patent Citations (6)
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)
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 |