一种产生推动等离子体喷射的装置，包括： ａ．被构造为气体约束容器的具有一壁部分的第一传导结构，该传导结构具有至少一个第一开口以允许等离子体喷射从该室逃逸并且产生推动性的推动； ｂ．在所述第一传导结构中构造为一个栅的对于流动的离子和电子是高透明的第二传导结构，该第二传导结构作用为一偏置为负电压的阴极并且具有一在所述栅形结构中的第二开口，所述第二开口被放大并且能扭曲局部电位场表面以使等离子体喷射通过所述第二开口从所述栅中流出； ｃ．在控制的速度下将一中性气体推动物流入所述气体约束容器的装置； ｄ．为产生等离子体放电以足够的值从电源向所述阴极栅提供负电压电力的高压馈送绝缘器系统； ｅ．所述第一传导结构的所述第一开口与所述第二传导结构的所述第二开口调整对齐以使在所述容器中形成的等离子体从所述容器中以具有电力密度和推动的等离子体喷射的形式摆脱； 其中所述第一传导结构被偏置为地或零电压之一并且所述第二传导结构被偏置为负电位。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请基于1996年11月1日美国临时申请SN 60/030,009要求本国优先权，并且将该申请的全部内容在此引做参考文献。本专利技术涉及一种装置，该装置使用离子或中性带电气体提供一种推动力(thrust force)或物质流，具体地说，本专利技术涉及一种能喷射出具有喷射状的物质的装置，该喷射状的物质可用于工业等离子体喷射，工业材料处理，废品处理，焊接或切割材料，或用做等离子体蒸气淀积。本专利技术还涉及一种装置，该装置可以提供推动推力以用于太空船的推动，具体地说该装置是一种离子喷射推进器，该装置采用惯性静电约束设计，该设计具有放电等离子体，用于当从等离子发射装置加速和排出时产生提供推动力的离子。热离子化或中性带电气体的强源(intense source)在各种工业应用中有很大的需求，如用于清洁或蚀刻表面的等离子体喷涂以及用于喷溅或蒸气淀积的等离子体源。这样的源对于很多需要强热源的应用，如废品处理或材料切割和焊接也是有价值的。在另一种应用中，太空飞船，特别是用于电讯的商业卫星的设计者们，非常关心由他们的设计所带来的每单位“商业负荷(payload)”的成本。由于可扩充火箭和“太空飞船”的有限的容量的原因，太空飞船的设计中要求严格的大小和容量限制。因此，发射到同步轨道上提供声音，数据，和电视服务之类的通讯卫星的“商业负荷”将包括天线，问答机，信号处理和交换设备之类直接提供通讯服务的设备。为了最大化给定太空飞船设计的效益，“商业负荷”必须最大化以提供最大的效益产生能力。由于卫星的其余部分涉及到飞船体，太阳能电池，动力系统，热控制系统，轨道驾驶推动系统等“额外”结构和设备，最大化收入产出负荷的目标要求额外负荷必须减小。当然，“商业负荷”和“额外负荷”之间的平衡要考虑飞船上提供的额外服务并根据效率和寿命来决定。用于飞船的轨道驾驶推动系统是重要的，因为它至少有两个用途。其一是飞船在同步轨道或低/中高度地球轨道或星际飞行轨道上的维护。推进器产生了动量的改变以在预定轨道点或段改变速度向量。推进器的其它用途是做为系统的促动器以维护飞船的高度和方向。在太空真空中，靠动量改变来达到反作用力。火箭或喷射方法是本领域中已知的方法。进一步的应用是将飞船发射入轨道的推动系统，它通常是靠较高推动的化学火箭引擎来完成。依据推动系统的要求，推进器必须在要求的功率方式(regime)内工作并且提供指定的推动水平(即，在给定的时间间隔期间每消耗单位推动物质的推动力)，效率水平和适合于该应用的推动。在过去，除双推动液体和固体化学火箭以外，一般的飞船推动系统采用了单推动物推进器。电子离子推进器也被提议用于此项用途；然而，至今为止，这项技术并未达到足以可用于商业和科学飞船应用的成熟和可靠程度。下一代通讯卫星将要求另一种推动系统，他们应是卫星质量的一小部分。这种推进器还必须在低功率范围内工作(200-700W)，但必须能提供中等特定的推动力(1000-3000S)并且提供范围在几千万牛顿的推动(mN)，然而，已知的电子增强推进器设计，如电弧喷射(arcjet)和电阻引擎推进器，在1KW以下的功率级上工作不够理想。使用塑料或其它的固体推动材料的脉冲(pulsed)磁性等离子体动态(MPD)推进器效率较低，通常在30％以下，这不符合于减小飞船额外负荷质量的目的。虽然电子离子推进器的发展已取得了一些进步，特别是具有平面设计的那些推进器，但是他们的效率特别是低功率部件的寿命仍然是要关心的问题。此种推进器的一个突出的问题是工作期间电子栅(grid)的腐蚀。通常的平面离子推进器使用磁场来约束用于离子化中性推动原子的电子。除现有的离子喷射概念之外，至今没有其它的球形的(spherical)推进器概念，也没有任何其它推进器采用电子导向栅(electron guide grid)来振荡电子以达到离子产生的目的。相关的先前的专利技术包括John P.Brophy的用于离子推动引擎的3栅加速器系统(美国专利5,369,953),J.R.Kaufman的原有的电子轰击推进器概念(美国专利3,156,090)，和R.Boyer和J.P Journoux的气体离子化室概念(美国专利4,468,564)，但是他们与本专利技术的关系较远。因此，本专利技术的目的之一是提供一种离子推进器的设计，该设计可以减少栅腐蚀和明显增加推进器寿命。本专利技术的另一个目的是推供一种热离子化或中性形式的气体源设计，该设计体积紧凑，具有大大减少重量的优点。本专利技术的另一目的是减少中性推动物气体泄露，这样便节省推动物并且进一步减少质量。另外，本专利技术另一目的是提供一种用于工业应用的热离子化气体或中性带电气体源的设计，该应用需要等离子体喷溅，蒸气淀积，或强等离子体加热。本专利技术概述本专利技术是一种静电离子喷射源设计，该设计基于惯性静电约束(IEC)技术。按照本专利技术，惯性静电约束喷射源采用了一种与真空室内离子的产生和加速一致的配置。在高密度区域中的虚拟阴极的形成，与局部扭曲的阴极栅电位场相结合，以强准中性离子喷射的形式提取加速离子。在本专利技术的一具体实施例中，喷射源使用了一种球形配置，在该配置中，向电接地的球形真空室的中央的核心产生和加速离子。气体的推动物被引入该室内容器的适当位置。在该容器中，第一线栅(wire grid)(最好是一球形阴极线栅)具有高几何穿透率(最好＞90％)，并且被设计为可提供超高效穿透率(最好98-99％)，该第一线栅位于容器的中央核心区域。“有效穿透率”的定义是在后继离子束的外形不均匀的情况下离子穿过栅的概率。在本专利技术中，离子在经过栅开口中心附近的通道(微通道)中被集中，减少了截断的机会和增加了该栅的主几何穿透率以上的有效穿透率。在第一线栅和容器壁之间是一个第二带正电的位于接地球附近的外部电栅，。它具有电子导向栅的功能，增加了电子路径长度并且增强了背景(background)中性气体向等离子体的离子化率。负电位被提供在内部栅上以提供合适的电场以用于离子化气体。该电场，与位于球中的发射体发出的电子一道，将促使球内离子的产生以及离子到“微通道”的(formation)排并。这些离子的微通道可以由球形栅引导以聚集在室和栅中央。一个第三柱形栅位于内阴极栅和外阳极栅和地壁之间并且形成至球壁上一孔的通道，该第三柱形栅确定了从推进器发出的离子的排放路径。本专利技术还包括辅助通道栅设计，该设计采用了具有纵向轴的柱面容器，离子沿该轴被引导以从容器发射出。本专利技术还包括球形的、柱形的，或其它几何设计的IEC设备，该设备具有栅状电极，该电极被偏置在一个电位上，该电位足以产生和加速离子。该设备包括通道栅，用以在静电电位下创建一个通道，离子通过该通道以最大动能逸出。IEC等离子体喷射设备的另一个特征是它可以有两种配置用于离子/等离子体产生。第一种配置仅采用在外部接地球和负偏置内球形阴极线栅之间简单等离子体发光放电。电子通过位于阳极栅和地壁之间的放电区域撞击背景中性气体，产生随后由阴极栅向该设备中心加速的离子。第二种用于离子产生的配置采用了一种另外的球形线网络，该栅的直径大于阴极栅并且位于阴极栅和地壁之间，但接近地壁。电子发射体，如加热的镀钍线，位于地壁周围。另外的球形线栅也具有高几何穿透率(＞90％)，并且被偏置为正电压(100to 1本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：乔治·H·米利，顾亦斌，布莱尔·P·布罗姆利，乔纳森·H·纳德勒，约翰·斯维德，
申请(专利权)人：乔治·H·米利，顾亦斌，布莱尔·P·布罗姆利，乔纳森·H·纳德勒，约翰·斯维德，
类型：发明
国别省市：
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