СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ИСТОЧНИКА ПЛАЗМЫ С БЕЗНАКАЛЬНЫМ КАТОДОМ-КОМПЕНСАТОРОМ Российский патент 1997 года по МПК H05H1/54 F03H1/00 

Изобретение относится к источникам плазмы с безнакальным катодом-компенсатором, применяемым в плазменной технологии и к электроракетным двигателям, используемым в космической технике.

Известна двигательная установка на базе стационарного плазменного двигателя, который содержит анодный блок и плазменный катод-компенсатор с нагревателем для стартового разогрева катода, а также поджигной электрод для инициирования разряда. Система электопитания стационарного плазменного двигателя содержит источник питания разряда, подключенный к аноду и катоду двигателя. К стартовому нагревателю катода-компенсатора подключен источник электропитания накала для разогрева катода до рабочих температур, а к катоду и поджигному электроду источник инициирования разряда. Катушки намагничивания двигателя могут быть записаны от автономного источника электропитания или включены в цепь разряда [1]
Недостатками известной двигательной установки являются сложность системы электропитания, сложность конструкции катода-компенсатора и его невысокие динамические характеристики из-за необходимости стартового разогрева катода до рабочих температур в течение нескольких десятков секунд.

Известен электроразрядный прибор с анодом, полым безнакальным катодом-компенсатором и системой электропитания, принятый за прототип [2] Катод-компенсатор устройства содержит поджигной электрод и собственно катод, выполненный из пористого тугоплавкого материала, например вольфрама, который пропитан активатором веществом с малой работой выхода электрона, например, алюминатом бария-кальция. Через катод-компенсатор прокачивается плазмообразующий газ. Система электропитания содержит источник разрядного напряжения, подключенный положительным полюсом к аноду и отрицательным полюсом к катоду, а также однополярный источник инициирования разряда, подключенный отрицательным полюсом к катоду и положительным полюсом к поджигному электроду катода-компенсатора.

Однако во время функционирования прибора активатор распыляется с катода и конденсируется на поджигном электроде. Это приводит к обеднению катода активатором, что в дальнейшем затрудняет зажигание разряда и ограничивает ресурс работы катода-компенсатора.

При создании изобретения решалась задача повышения ресурса работы катода и увеличения надежности его запуска.

Поставленная задача решена за счет того, что в системе электропитания источника плазмы с безнакальным катодом-компенсатором, содержащей источник инициирования разряда, подключенный к катоду и поджигному электроду катода-компенсатора, и источник питания разряда, гальванически соединенный положительным полюсом с анодом и отрицательным полюсом с катодом, согласно изобретению, отрицательный полюс источника питания разряда соединен диодами с поджигным электродом и катодом безнакального катода-компенсатора.

Гальваническое соединение катода и поджигного электрода с цепью разряда увеличивает эффективную эмиссионную поверхность, а также дает возможность автоматического включения в работу того электрода, прикатодное падение потенциала которого меньше, или одновременно катода и поджигного электрода, если условия эмиссии электронов с этих электродов примерно одинаковы.

Установленные диады исключают утечку тока по гальванической связи между катодом и поджигным электродом при использовании источника инициирования разряда любого типа (постоянного, импульсного или знакопеременного напряжения).

На чертеже изображена схема электропитания источника плазы с безнакальным катодом-компенсатором.

К источнику плазмы, содержащему анод 1 и катод-компенсатор 2, включающий, в свою очередь, катод 3 и поджигной электрод 4, подключены источник электропитания разряда 5 и источник инициирования разряда 6. Отрицательный полюс источника питания 5 соединен диодами 7 с поджигным электродом 4 и катодом 3. В случае, если для работы источника плазмы необходимо магнитное поле, как, например, в ускорителе с замкнутым дрейфом электронов и протяжной зоной ускорения (УЗДП), то оно может быть создано с помощью постоянных магнитов или катушек намагничивания, источник электропитания которых на схеме не показан.

Система электропитания источника плазмы, например УЗДП, работает следующим образом.

После подачи плазмообразующего вещества, создания магнитного поля и включения источника разряда 5 включается источник инициирования разряда 6, который отключается при зажигании разряда между анодом и катодом-компенсатором.

Вначале эксплуатации источника плазмы ток разряда замыкается в основном на катод. При этом активатор, распыляясь с поверхности катода, осаждается на поджигном электроде. В дальнейшем эмиссия электронов осуществляется одновременно с катода и поджигного электрода с перераспределением потоков активатора между этими электродами. Гальваническое соединение катода и поджигного электрода позволяет разряду в катоде-компенсаторе автоматически замыкаться на тот электрод, прикатодное падение которого меньше, что создает условия последующей нормальной работы другого электрода, то есть происходит его регенерация.

При использовании источника инициирования разряда, формирующего знакопеременные импульсы напряжения, зажигание разряда может происходить как с катода, так и с поджигного электрода, что повышает надежность запуска.

Предлагаемая схема электропитания позволяет многократно использовать активатор в рабочем процессе катода-компенсатора, что повышает ресурс его работы и надежность запуска источника плазмы.

Использование: в плазменной технологии и космической технике. Сущность изобретения : система электропитания источника плазмы содержит источник инициирования разряда 6, подключенный к катоду 3 и поджигному электроду 4 безнакального катода - компенсатора 2. Положительный полюс источника разряда 5 подключен к аноду 1, а отрицательный полюс соединен диодами 7 с катодом 3 и поджигным электродом 4. Система электропитания обеспечивает повышенный ресурс катода-компенсатора и надежность его запуска. 1 ил.

Система электропитания источника плазмы с безнакальным катодом-компенсатором, содержащая источник инициирования разряда, подключенный к катоду и поджигному электроду катода-компенсатора, и источник питания разряда, гальванически соединенный положительным полюсом с анодом и отрицательным полюсом с катодом, отличающаяся тем, что отрицательный полюс источника питания разряда соединен через диоды с поджигным электродом и катодом безнакального катода-компенсатора.