УСКОРИТЕЛЬ ПЛАЗМЫ Российский патент 1994 года по МПК H05H1/54 F03H1/00 

Изобретение относится к устройствам для получения плазмы и может быть использовано при создании газоразрядных генераторов и ускорителей плазмы независимо от способа ускорения, газоразрядных плазменных катодов и установок на их основе.

Известен высокоэффективный источник электронов, выполненный на базе газоразрядного плазменного катода, который содержит тракт подачи газа, поджигающий электрод, катод с эмиттером из гексаборида лантана, разрядную камеру [1] . В качестве рабочего газа, как правило, используются инертные газы.

Однако данный газоразрядный катод чувствителен к примесям различных газов в рабочем теле. Ресурс катода определяется ресурсом эмиттера и в большой степени зависит от наличия кислорода и кислородсодержащих веществ в области эмиттера. В инертных газах даже самой высокой степени чистоты всегда присутствуют примеси кислорода, углекислого газа, паров воды. Пары воды, углекислый газ при определенных условиях выделяют кислород. При насыщении эмиттера кислородом катод теряет работоспособность.

Известен плазменный ускоритель с анодным слоем, содержащий тракт подачи рабочего тела, анодную полость (газоразрядную камеру), катодные экраны, магнитопровод и катод-компенсатор [2] . В качестве катода-компенсатора используется газоразрядный плазменный катод.

Однако в данном плазменном ускорителе имеет место унос массы электродов и стенок газоразрядных камер плазменного ускорителя и газоразрядного плазменного катода, причем скорость уноса массы существенно увеличивается с увеличением содержания кислорода. В качестве конструкционных материалов электродов применяют материалы с высокой температурой плавления, в т. ч. и тугоплавкие материалы, которые при взаимодействии с кислородом образуют летучие окислы, например WO. Образование летучих окислов металлов не только ускоряет эрозию, но и создает нерасчетные режимы работы, снижает чистоту плазмы и ионных (электронных) пучков. Именно чистота плазмы является определяющим фактором при применении плазменных ускорителей для технологических целей, например создание атомно-чистых поверхностей при производстве пленочных интегральных схем. При наличии в рабочем теле примесей водорода будет происходить охрупчивание и разрушение материалов, что также приведет к загрязнению плазмы.

В данном изобретении решалась задача повышения надежности, ресурса работы ускорителя плазмы и чистоты плазмы.

Поставленная задача решена за счет того, что в ускорителе плазмы, содержащем тракт подачи рабочего тела в газоразрядную камеру анодного блока и газоразрядную камеру газоразрядного плазменного катода, согласно изобретения часть тракта подачи рабочего тела выполнена в виде тонкостенной трубки, изготовленной из серебра или его сплава, причем концы трубки соединены с разноименными полюсами источника электропитания. В полости тонкостенной трубки может быть установлен газонепроницаемый вкладыш, образующий кольцевой зазор с внутренней поверхностью трубки. Тонкостенная трубка может быть расположена непосредственно у входа в полость газоразрядной камеры плазменного катода или у входа в полость газоразрядной камеры ускорителя плазмы.

На фиг. 1 изображен ускоритель плазмы; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1; серебра или его сплава в тракте подачи; на фиг. 3 - размещение газонепроницаемого вкладыша в трубке.

Ускоритель плазмы (см. фиг. 1) состоит из тракта 1 подачи рабочего тела в газоразрядную камеру 2 анодного блока и газоразрядную камеру 3 газоразрядного плазменного катода 4. Часть тракта 1 подачи рабочего тела выполнена в виде тонкостенной трубки 5 из серебра или его сплава. Концы трубки подсоединены к источнику электропитания 6. В трубке 5 установлен газонепроницаемый вкладыш 7.

Ускоритель плазмы работает следующим образом.

Рабочее тело, например, инертный газ, по тракту 1 поступает в газоразрядную камеру 2 анодного блока и газоразрядную камеру 3 газоразрядного плазменного катода 4. При подводе электрической энергии в газоразрядной камере 2 происходит генерация плазмы и ускорение ионов, а газоразрядный плазменный катод 4 создает поток электронов для компенсации пространственного заряда.

Перед поступлением в газоразрядные камеры 2 и 3 рабочее тело проходит вдоль внутренней поверхности трубки 5, которая предварительно разогревается источником электропитания 6. Нагретая трубка поглощает примеси рабочего тела, очищая рабочее тело.

Энергетические затраты на очистку рабочего тела от примесей кислорода и водорода определяются величинами примесей в рабочем теле и температурой трубки, зависящей от массы и материала трубки. Для уменьшения массы трубки целесообразно не накапливать примеси, а отводить их за пределы тракта подачи, т. е. трубка должна быть проницаема для примесей и непроницаема для рабочего тела (инертного газа). При наличии в рабочем теле примесей кислорода и водорода необходимо использовать в качестве материала трубки проницаемый для водорода палладий или проницаемое для кислорода серебро.

Для уменьшения массы и габаритов трубки внутри нее с зазором расположен газонепроницаемый вкладыш, который позволяет улучшить взаимодействие молекул примеси с поверхностью трубки.

При размещении трубки непосредственно на входе в газоразрядный плазменный катод или газоразрядную камеру ускорителя плазмы можно очищать только часть рабочего тела. Кроме того, возможен частичный подогрев трубки за счет утилизации тепла газоразрядной камеры ускорителя плазмы и катода.

(56) 1. Арцимович Л. А. и др. Разработка стационарного плазменного двигателя (СПД) и его испытание на ИСЗ "Метеор". Космические исследования. -1974, т. 12, вып. 3, с. 451-460.

2. Гришин С. В. , Лесков Л. В. Электрические ракетные двигатели космических аппаратов -М. : Машиностроение, 1989, с. 145, рис. 3.20, с. 87.

Использование: в газоразрядных генераторах и ускорителях плазмы, газоразрядных плазменных катодах. Сущность изобретения: ускоритель плазмы состоит из тракта 1 подачи рабочего тела в газоразрядную камеру 2 анодного блока и газоразрядную камеру 3 газоразрядного плазменного катода 4. Часть тракта 1 выполнена в виде тонкостенной трубки 5, изготовленной из серебра или его сплава. Концы трубки подсоединены к источнику электропитания. В трубке 5 может быть установлен непроницаемый вкладыш. Достигаемый технический результат заключается в повышении чистоты плазмы и увеличении ресурса ускорителя плазмы. 3 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. УСКОРИТЕЛЬ ПЛАЗМЫ, содержащий тракт подачи рабочего тела в газоразрядную камеру анодного блока и газоразрядную камеру плазменного катода, сообщенный с полостями газоразрядных камер, отличающийся тем, что часть тракта подачи рабочего тела выполнена в виде тонкостенной трубки, изготовленной из серебра или его сплава, причем концы трубки соединены с разноименными полюсами источника электропитания. 2. Ускоритель по п. 1, отличающийся тем, что в полости трубки установлен газонепроницаемый вкладыш, образующий кольцевой зазор с внутренней поверхностью трубки. 3. Ускоритель по п. 1, отличающийся тем, что тонкостенная трубка расположена у входа в полость газоразрядной камеры плазменного катода. 4. Ускоритель по п. 1, отличающийся тем, что тонкостенная трубка расположена у входа в полость газоразрядной камеры анодного блока.