等离子体加速器装置制造方法及图纸

在一种具有被引入等离子体室的聚焦的电子束的等离子体加速装置中，提供环形结构的室体和中空的圆柱形的电子束。在多个合适的环形级中，优选地形成束导向磁系统和（如果合适）电极系统。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种等离子体加速器装置，该装置有围绕纵轴的等离子体室，有用于生成电加速场的电极装置，电加速场用于为平行于纵轴的加速部分的带正电荷的离子加速，该装置还有用于将聚焦的电子束引入等离子体室并通过磁系统为其导向的装置。US 5,329,258A描述了一种霍尔推进器形式的等离子体加速器装置，正如所知道的那样，它具有环形加速室和通过等离子体室的大体上是径向的磁场。等离子体室的阳极和阳极-级部分是磁屏蔽的。气体被引入在纵向的一端开口的等离子体室，气体被电子电离并向远离阳极的方向加速，并被排出，电子来自位于等离子体室外的阴极，并朝向在位于等离子体室的底部的阳极的方向上被加速。径向的磁场迫使电子进入围绕着装置纵轴的封闭圆形回路中，因而增加它们在等离子体室中的驻留时间和发生碰撞的几率。JP55-102 162A中公开的离子源中，环形的阳极封闭了永久磁铁，离子源又被圆柱形的阴极所包围，中空的离子束从环形的开孔中被排出。DE198 28 704A1中公开了一种等离子体加速器装置，该装置有围绕纵轴的等离子体室，有电极装置和磁系统，还有用于将电子束引入等离子体室的装置。在这个已知的装置中，提供了一个圆柱形的等离子体室，其中，由束产生装置生成的高度聚焦的电子束沿圆柱体的纵轴被引入。电子束被磁系统导向到沿着圆柱轴的方向上，这个磁系统，特别地，具有连续区域交替极化的特征。被高速地引入等离子体室的电子束中的电子，穿过沿着等离子体室纵轴的电势差，这种电势差对电子束中的电子起了减速的作用。可电离气体，特别是惰性气体，被充入等离子体室，并被引入的电子束中的电子和二次电子(secondary electron)所电离。这个过程中产生的正离子被电势差沿着等离子体室的纵轴方向加速，并与被引入的电子束按相同的方向移动。离子同样地被导向到沿着纵轴的方向，被磁装置和空间电荷效应聚焦，并与部分电子束中的电子一起，以中性等离子体束的形式出现在等离子体室的末端。本专利技术是基于用有益的方式开发这种已知的装置的目的的。本专利技术中，电子束不是以高度聚焦的束的形式被引入等离子体室的，而是例如通过环形的阴极表面产生中空的圆柱形束，此束被引入环形的等离子体室。外室壁和内室壁构成等离子体室的径向边界，室壁的厚度比中空圆柱体的半径要小，中空束被充入室壁之间，并被磁系统所导向。整个装置优选地至少是近似旋转对称的，或至少相对于装置的纵轴旋转对称。优选地，磁系统也同样具有双环结构，第一磁装置位于等离子体室径向的外部，第二磁装置位于其内部。如同已知装置中那样，本专利技术中的装置优选地也包括至少一个纵轴上等离子室方向(course)的中间电极，中间电极具有沿等离子体室的纵轴方向的电势差的中间电势。低动能的电子被电势差比当前电子的电势低的中间电极所捕获，通过这样，使得将电势细分成多个中间电势会带来显著的效率提升。随着中间电势级的数目的增加，效率不断地增加。在第一实施例中，磁系统可以被设计成单级的，通过将相反的磁极在纵向上空间分开的方式，使得在每种情况下在外部和内部的磁系统中发生磁极变换。在每一种情况下在纵向上被两个中的至少一个磁极位于等离子体室的纵向范围内。在纵向间隔开的单级磁系统的两个磁极最好位于等离子体室的纵向范围内。特别的优点是磁系统是这样一种装置，其中，该磁系统是在纵向具有多个连续的子系统的多级设计，每一个子系统都有一个外部的和内部的磁装置，并且，其中的连续的子系统在纵向上按相反的方向交替地取向排列。特别有益的是，在本专利技术的等离子体加速装置中，在等离子体室的侧壁区域的等离子体室的纵向上，那里仍然至少有一个具有电势差的中间电势的中间电极装置，用于加速正离子或延迟引入的电子束。在这个中间电极上，只有具有较低动能的电子才能被截获。结果，阴极和阳极之间的电势差可以被细分成两个或多个加速电势。因此，由于针对引入的电子束的被加速电子所带来的损失可以被显著地降低。特别地，随着电势级的数目的增加，电的效率单调地提高。在每种情况下，纵向电极最好位于磁系统或磁子系统的磁极端点之间。这导致了电和磁场的特别有益的指向。下面通过参考图和利用参考图中所示的优选地实施例，对本专利技术进行更详细地解释，这些参考图中附图说明图1所示为从侧面看的剖视图；图2所示为沿纵轴方向的视图；图3所示为单级磁装置；图4所示为多级装置中的等离子体分布。在等离子体物理中，众所周知，因为电子比普通的带正电荷的离子的质量低，使得它们具有很高的迁移率，等离子体的性能类似于金属导体，并且具有恒定的电势。可是，如果等离子体位于电势不同的两个电极之间，那么等离子体的电势就差不多为电势高于正离子(阳极)的电极的电势，这是因为电子迅速地向阳极移动，直到等离子体的电势差不多达到阳极的稳定的电势为止，因而，等离子体是与场无关的。正如所知的那样，只有在阴极相对较窄的边界层，阴极压降处的电势才急剧地下降。因此，在等离子体中，只有等离子体的导电率不是各向同性的时候，才能够维持不同的电势。有益的高度的各向异性的导电率可以通过本专利技术中的装置中用有优益的方法来得到。因为，由于洛伦兹力的作用，当电子横穿磁力线的时候，尽管电子很容易在磁力线方向上移动，但电子会受到与磁力线成直角、并与运动方向成直角的力的作用，也就是说，在磁力线方的向上具有高的导电率，并且在此方向上的电势差容易被平衡。由与磁力线成直角的电场分量导致的电子加速作用，与前面所说的洛伦兹力抵消，使得电子围绕磁力线做螺旋运动。相应地，在与磁力线成直角的方向上，产生的电场可能不会立即被电子的流动所补偿。为了这个电场的稳定性，如果相关的电场等势面延伸到差不多与电力线平行，并且，因此电场和磁场大体上相交，那么这是特别有益的。图1所示为本专利技术中的多级装置，其中，等离子体室(等离子体室大体上是以纵轴LA为对称轴的环形，形状因个体的变化而不同)被中空的柱形电子束ES所填充，电子束的圆柱轴与纵轴LA一致，束壁的厚度DS(见图2)与中空的柱形束的半径RS相比是小的。中空的束可以通过(例如)环形的阴极和与之匹配的束系统产生。当它们进入等离子体室的时候，电子束中的电子的动能通常＞1keV。环形等离子体室PK在横截面上的边界是由内壁WI和外壁WA构成的。图1中所示装置的一个重要要素是，磁系统不再包含一个围绕纵轴LA的单环，而是在等离子体室的外部有一个磁装置RMA，这个磁装置本身在纵向LR上有空间分开的两个相反的磁极。同样地，在等离子体室的内部的径向上有一个磁装置RMI，这个磁装置本身在纵向LR上有空间分开的两个磁极。这两种磁装置RMA和RMI在径向上互相相对，在轴向LR上具有大体上相同的作用范围。这两个磁装置以同样的取向排列，也就是说，在纵向LR上具有相同的磁极顺序。因此，同样的磁极(N-N和S-S)在径向上互相相对，两个磁装置的磁场本身都是闭合的。径向上相对的两个磁装置RMA和RMI的磁场组合可以看作是被大体上位于等离子体室中心的中心表面所分开。磁力线B在每个装置的磁极之间按曲线的形状延伸而不穿过这个中心表面，中心表面不一定是平面的。因此，在这个中心表面径向的每一侧，这两个磁装置RMA和RMI中，基本上只有一个产生的磁场起作用。上述实施例也被应用于只有一个内部和外部磁装置的磁系统中。这种磁装置可以通过(例如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体加速器装置，其具有围绕纵轴的等离子体室，具有用于生成具有电势差的加速场的电极装置，加速场用于为平行于纵轴的加速部分区域中的带正电荷的离子加速，该装置还具有用于将聚焦的电子束引入等离子体室、并通过磁系统为其导向的装置，所述等离子体室环形地围绕着纵轴、具有径向的内部的和径向的外部室壁，所述电子束作为中空的圆柱形束的形式供给。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：冈特科恩菲尔德，沃纳施韦特费格，
申请(专利权)人：塔莱斯电子设备有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]