RU2792635C2 - Газоразрядный источник электронов - Google Patents
Газоразрядный источник электронов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2792635C2 RU2792635C2 RU2021108130A RU2021108130A RU2792635C2 RU 2792635 C2 RU2792635 C2 RU 2792635C2 RU 2021108130 A RU2021108130 A RU 2021108130A RU 2021108130 A RU2021108130 A RU 2021108130A RU 2792635 C2 RU2792635 C2 RU 2792635C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- discharge
- source
- cathode
- cavity
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к области плазменной техники, а именно к газоразрядным источникам электронов, и может быть использовано в электрореактивных двигателях, в том числе, работающих на химически активных газах, для нейтрализации ионного потока, а также в вакуумно-плазменной технологии обработки поверхности различных материалов и нанесения функциональных покрытий с использованием химически активных газов, а также в качестве автономно функционирующего источника плазмы. Технический результат - увеличение ресурса, снижение энергопотребления и стойкость к химически активным рабочим газам. Газоразрядный источник электронов содержит катод, выполненный в виде пустотелого цилиндра из немагнитного материала с торцевой стенкой, на которой расположено отверстие для подвода рабочего газа, изолятор и анод с выходным отверстием, которые образуют замкнутую газоразрядную полость, источник магнитного поля, формирующий в полости катода магнитное поле, силовые линии которого имеют составляющую, параллельную боковой стенке цилиндра, и источник электропитания самостоятельного газового разряда. В газоразрядную полость установлена перегородка со сквозным отверстием. 1 табл., 2 ил.
Description
Изобретение относится к области плазменной техники, а именно, к газоразрядным источникам электронов (или катодам-компенсаторам) и может быть использовано в электрореактивных двигателях, в том числе, работающих на химически активных газах, для нейтрализации ионного потока, а также в вакуумно-плазменной технологии обработки поверхности различных материалов и нанесения функциональных покрытий с использованием химически активных газов, а также в качестве автономно функционирующего источника плазмы.
Основное преимущество безнакальных газоразрядных источников электронов состоит в том, что они могут длительное время работать при наличии в рабочем объеме химически активных газов: кислорода, азота и других.
Из предшествующего уровня техники известен катод-компенсатор, содержащий полую капсулу с термоэмиттером, которые охватывает накальная спираль, окруженная изоляционной трубкой, поверх которой расположены тепловые экраны, держатель спирали, поджигной электрод и трубку подвода газа, отличающийся тем, что изоляционная трубка выполнена с внутренним диаметром меньше наружного диаметра накальной спирали и на внутренней поверхности изоляционной трубки выполнена винтообразная канавка с шагом накальной спирали, при этом они взаимно сопряжены с согласованием их азимутального позиционирования [Патент RU № 2684633, H01J 37/077, H05H 1/54, F03H 1/00]
Недостатком такого источника электронов (катода-компенсатора накального типа) являются высокие требования к степени чистоты рабочего вещества, в качестве которого используют инертные газы, и низкий ресурс работы в присутствии химически активных газов.
Известен газоразрядный источник электронов, принятый за прототип, содержащий катод, выполненный в виде пустотелого цилиндра из немагнитного материала с торцевой стенкой, на которой расположено, по меньшей мере, одно отверстие для подвода рабочего газа, изолятор и анод с, по меньшей мере, одним выходным отверстием, которые образуют замкнутую газоразрядную полость, источник магнитного поля, формирующий в полости катода магнитное поле, силовые линии которого имеют составляющую параллельную боковой стенке цилиндра, источник электропитания самостоятельного газового разряда. [Разрядные и эмиссионные характеристики плазменного источника электронов на основе разряда в скрещенных E x H полях с различным материалом катода [Текст]/ А.П. Достанко, Д.А. Голосов // Журнал технической физики. - 2009. - №10. - С. 53-58.]
Такой известный газоразрядный источник электронов, по сравнению с аналогом, за счет использования самостоятельного газового разряда с холодным катодом и отсутствию накальных деталей в конструкции обладает значительно большей химической стойкостью и ресурсом работы в присутствии химически активных газов.
Однако и данная конструкция газоразрядного источника электронов имеет свои недостатки.
Самостоятельный газовый разряд, использованный в газоразрядном источнике электронов существует при напряжениях в сотни вольт, в то же время у предшествующего аналога рабочее напряжение составляет десятки вольт, что пропорционально увеличивает энергопотребление газоразрядного источника электронов относительно аналога при одинаковых электронных токах.
Кроме этого, высокое напряжение усиливает распыление материала катода, что ограничивает ресурс его работы.
При создании изобретения решались задачи по увеличению ресурса и снижению энергопотребления устройства с сохранением стойкости к химически активным газам.
Указанный технический результат достигается тем, что в газоразрядном источнике электронов, содержащем катод, выполненный в виде пустотелого цилиндра из немагнитного материала с торцевой стенкой, на которой расположено, по меньшей мере, одно отверстие для подвода рабочего газа, изолятор и анод с, по меньшей мере, одним выходным отверстием, которые образуют замкнутую газоразрядную полость, источник магнитного поля, формирующий в полости катода магнитное поле, силовые линии которого имеют составляющую параллельную боковой стенке цилиндра, источник электропитания самостоятельного газового разряда, согласно изобретению, в газоразрядную полость установлена, по меньшей мере, одна перегородка с, по меньшей мере, одним сквозным отверстием, диаметр которого соотносится с внутренним диаметром катода как 0.01…0.5.
Перегородка может быть изготовлена из различных материалов как магнитных, так и немагнитных, в том числе материала катода.
Установка перегородки в газоразрядной полости позволяет снизить разрядное напряжение газоразрядного источника электронов и, соответственно, снизить энергопотребление за счет увеличения времени жизни электронов в разрядном промежутке и увеличения вероятности ионизации рабочего газа. Увеличение ресурса достигается за счет снижения распыления катода вследствие снижения напряжения.
Таким образом, газоразрядный источник электронов, изготовленный согласно изобретению, позволяет увеличить ресурс и снизить энергопотребление устройства с сохранением стойкости к химически активным газам.
Изобретение поясняется чертежами, которые не охватывают и, тем более не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения:
На фиг.1 представлена конструкция газоразрядного источника электронов со всеми основными элементами в случае одной перегородки
На фиг.2 представлена конструкция газоразрядного источника электронов со всеми основными элементами в случае двух перегородок и различного количества сквозных отверстий в них.
Газоразрядный источник электронов, содержащий катод 1, выполненный в виде пустотелого цилиндра из немагнитного материала с торцевой стенкой, на которой расположено, по меньшей мере, одно отверстие для подвода рабочего газа, изолятор 2 и анод 3 с, по меньшей мере, одним выходным отверстием, которые образуют замкнутую газоразрядную полость, источник магнитного поля 4, формирующий в полости катода магнитное поле 5, силовые линии которого имеют составляющую параллельную боковой стенке цилиндра, источник электропитания 6 самостоятельного газового разряда, отличающийся тем, что в газоразрядную полость установлена, по меньшей мере, одна перегородка 7 с, по меньшей мере, одним сквозным отверстием. Для извлечения электронов может использоваться извлекающий электрод 8, на который подается положительное напряжение относительно анода 3 с помощью извлекающего источника электропитания 9.
Газоразрядный источник электронов работает следующим образом.
Рабочее тело (например, газообразный ксенон или воздух) поступает через отверстие для подвода рабочего газа в газоразрядную полость, образованную катодом и анодом. При подаче напряжения питания 300…500В между катодом и анодом в полости возникает самостоятельный разряд в магнитном поле. Плазма магнетронного разряда служит источником электронов, которые вытягиваются через выходное отверстие за счет возникающего разряда между анодом газоразрядного источника электронов и анодом плазменного ускорителя (на рисунке не показан), либо между анодом газоразрядного источника электронов и извлекающим электродом. Установка перегородки с, по меньшей мере, одним сквозным отверстием в газоразрядную полость увеличивает время жизни электронов в разрядном промежутке и увеличивает вероятность ионизации рабочего газа. Каждый электрон, таким образом, рождает большее количество пар частиц на пути от катода к аноду, более эффективно отдавая на ионизацию газа набранную в электрическом поле энергию, при этом необходимое для поддержания самостоятельного разряда напряжение снижается в среднем на 10%. В таблице 1 приведено сравнение параметров работы газоразрядного источника электронов и прототипа.
Таблица 1. Рабочие параметры газоразрядного источника электронов в сравнении с прототипом
Параметр | Газоразрядный источник электронов | Прототип |
Напряжение, В | 306 | 340 |
Ток, А | 0,5 | 0,5 |
Магнитное поле на оси, Тл | 0,09 | 0,09 |
Расход, г/с | 0,4 | 0,4 |
Внутренний диаметр катода, мм | 24 | 24 |
Диаметр отверстия во вставке, мм | 3,5 | - |
Материал катода | Медь | Медь |
Рабочий газ | Аргон | Аргон |
Claims (1)
- Газоразрядный источник электронов, содержащий катод, выполненный в виде пустотелого цилиндра из немагнитного материала с торцевой стенкой, на которой расположено по меньшей мере одно отверстие для подвода рабочего газа, изолятор и анод с по меньшей мере одним выходным отверстием, которые образуют замкнутую газоразрядную полость, источник магнитного поля, формирующий в полости катода магнитное поле, силовые линии которого имеют составляющую, параллельную боковой стенке цилиндра, источник электропитания самостоятельного газового разряда, отличающийся тем, что в газоразрядную полость установлена по меньшей мере одна перегородка с по меньшей мере одним сквозным отверстием.
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2021108130A RU2021108130A (ru) | 2022-09-26 |
RU2792635C2 true RU2792635C2 (ru) | 2023-03-22 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2156555C1 (ru) * | 1999-05-18 | 2000-09-20 | Государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина" | Способ получения и ускорения плазмы и ускоритель плазмы с замкнутым дрейфом электронов для его осуществления |
RU2348086C1 (ru) * | 2007-06-29 | 2009-02-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина" | Инжектор электронов с выводом электронного пучка в среду с повышенным давлением и электронно-лучевая установка на его основе |
WO2014115752A1 (ja) * | 2013-01-22 | 2014-07-31 | 国立大学法人 東京大学 | イオンエンジンのプラズマ着火用ガス供給方法及びシステム |
US20150275868A1 (en) * | 2013-06-24 | 2015-10-01 | La Yaomei Int'l Group, Inc. | Plasma ion engine |
RU2684633C2 (ru) * | 2017-05-10 | 2019-04-11 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Опытное конструкторское бюро "Факел" (ФГУП "ОКБ "Факел") | Катод-компенсатор |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2156555C1 (ru) * | 1999-05-18 | 2000-09-20 | Государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина" | Способ получения и ускорения плазмы и ускоритель плазмы с замкнутым дрейфом электронов для его осуществления |
RU2348086C1 (ru) * | 2007-06-29 | 2009-02-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина" | Инжектор электронов с выводом электронного пучка в среду с повышенным давлением и электронно-лучевая установка на его основе |
WO2014115752A1 (ja) * | 2013-01-22 | 2014-07-31 | 国立大学法人 東京大学 | イオンエンジンのプラズマ着火用ガス供給方法及びシステム |
US20150275868A1 (en) * | 2013-06-24 | 2015-10-01 | La Yaomei Int'l Group, Inc. | Plasma ion engine |
RU2684633C2 (ru) * | 2017-05-10 | 2019-04-11 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Опытное конструкторское бюро "Факел" (ФГУП "ОКБ "Факел") | Катод-компенсатор |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Журнал технической физики, 2009, N10, c. 53-58. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3924134A (en) | Double chamber ion source | |
Leung et al. | Optimization of H− production from a small multicusp ion source | |
TWI518733B (zh) | 離子源、離子植入系統與產生多個電荷離子於離子源內的方法 | |
US4412153A (en) | Dual filament ion source | |
CN114471154A (zh) | 同位素电磁分离器的离子源及其弧放电结构 | |
RU2792635C2 (ru) | Газоразрядный источник электронов | |
JP3899898B2 (ja) | ショートアーク型水銀ランプ | |
CN111681936B (zh) | 一种高能离子注入机用的尖端场形负氢离子源装置 | |
US20050116653A1 (en) | Plasma electron-emitting source | |
WO2002019379A1 (en) | Device and process for producing dc glow discharge | |
US4004172A (en) | Gas discharge electron gun for generating an electron beam by means of a glow discharge | |
US6869574B2 (en) | Apparatus and method of generating charged particles | |
CN117616537A (zh) | 用于间接加热阴极离子源的成型排斥极 | |
US4891525A (en) | SKM ion source | |
JPH0762989B2 (ja) | 電子ビ−ム励起イオン源 | |
US4697085A (en) | Apparatus and method for producing ions | |
US3514666A (en) | Charged particle generator yielding a mono-energetic ion beam | |
Miljevic | Characteristics of the hollow anode ion-electron source | |
US10665402B2 (en) | High voltage, cross-field, gas switch and method of operation | |
RU2796652C1 (ru) | Устройство для формирования пучка кластерных или атомарных ионов газа | |
JP2720971B2 (ja) | ホローカソード型イオン源 | |
RU209633U1 (ru) | Вакуумная нейтронная трубка | |
RU2091991C1 (ru) | Вторично-эмиссионный ускоритель электронов | |
US1871443A (en) | Space current device | |
GB2070853A (en) | Parallel-connected cathode segment arrangement for a hot cathode electron impact ion source |