对于具有环形等离子体室的等离子体加速器装置，提出了一种新的磁和／或电场结构，其中，特别地，允许具有效率得到实质性改善的多级实施例。（*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。等离子体加速器装置为人们所了解，特别是以所谓霍尔装置的形式而被人们所了解。这里，可电离气体，特别是惰性气体，被充入等离子体室。等离子体室基本上是围绕于中央纵轴的环形，并在与纵轴平行的主要排出方向上开放。阳极被设置在等离子体室的底部，与排出方向相对。作为电子源的阴极被设置在等离子体室的外面，相对于等离子体室被径向地偏离。等离子体室壁由绝缘材料组成。等离子体室中磁系统通过第一、内部、和第二外部磁极产生大体上是径向的磁场。阴极发射的电子流在阴极和阳极之间的电场中加速，并被充入等离子体室中，在等离子体室中，电子被径向磁场向电势梯度偏转了90°(right angle)并向磁力线偏转90°角，并在室中电离推进气体。通过在这个过程中形成的等离子体中，带正电荷的离子在排出方向上被加速。阴极发出的部分电子被用于中和(neutralize)离子束。这种类型的装置(比如在EP 0 541 309A1中)是已知的，其中的特殊的磁场设计是为了增加效率和寿命。通过相反极化的磁极靴(magnetic pole shoe)，(它们在环形的等离子体室的排出区是相对的和径向空间分开的，)内部和外部的线圈系统在等离子体室的这一区域产生大体上是径向的磁场。在等离子体室的深处有环形电极，那里被磁屏蔽所环绕。US 5 847 493A展示了基于霍尔效应的等离子体加速器，其中内部和外部的线圈装置在每一种情况下都在排出方向上产生两个空间上分离的磁极。内部和外部的线圈装置的各自径向相对的磁极被相反地极化，并依次产生大体上是径向的磁场。EP 0 982 976A1中描述的类似的等离子体加速器装置有部分圆锥形极靴。DE 198 28 704A1中描述了一种等离子体加速器装置，其中，在室外被加速的聚焦的电子束在轴向上被引入圆柱形等离子体室，并被永久循环磁装置沿轴导入，该装置以圆柱形地环绕着等离子体室，并具有交替排列的级。本专利技术的目的是提出一种有利的等离子体加速器装置，特别地，它可以作为宇宙飞船的动力源。本专利技术在权利要求1中被描述。从属权利要求包括优选的改进和对本专利技术的发展。本专利技术的一个重要的方面是与已知装置相比，穿过等离子体室的磁场具有完全不同的组成形式。在已知的装置中，对于环形的等离子体室来说，磁系统在内部有一个磁极系统，在外部有第二个磁极系统，磁系统基本上是径向取向的，并通常经过在等离子体室后面的返回磁路是闭合的。本专利技术提出的磁系统包括一个磁装置，对于等离子体室来说，该磁装置无论是在内部的径向上还是外部的径向上，都有磁极的纵向变化，也就是说，轴向是指与装置的纵轴平行的方向。特别地，在优选的装置中，外部和内部的磁装置的磁极变化可以发生在同一个方向上，这使得被等离子体室径向地分开的，而且分别属于两个分开的磁装置的同样的磁极是彼此相反的。在第一实施例中，磁系统可以被设计成单级的，在每一种情况下，这种外部和内部的磁系统的磁极变化是通过纵向上空间分开的相反的磁极实现的。每种情况下，两个磁极中的至少一个位于等离子体室的纵向的区域中。在纵向上被空间分开的单级磁系统中的靴极优选地位于等离子体室的轴向范围内。特别的有利的是，装置中有多级设计的磁系统，并在纵向上有多个连续的子系统，它们中的每一个都有外部和内部的磁装置，并且，其中纵向上连续的子系统是交替地反向取向的。优选地，径向上的反相对应的磁极具有相同的方向，这导致特别有利的电子漂移分布。特别有利的是，本专利技术的等离子体加速器装置中，在等离子体室的侧壁区的阴极和阳极之间至少还有一个电极装置，这个装置具有阴极和阳极之间的中间电势。在这个电极上，仅仅从阴极和阳极之间的部分电势差中获得能量的电子可能被截取。结果，阴极和阳极之间的电势差可以被细分为两个或多个加速级。因而，电子-壁之间的碰状所造成的损耗可以被充分地减少。特别地，随着电势级数目的增加，电效率也单调地增长。在每一种情况下纵向的电极最好放在磁系统或磁子系统的磁极端之间。这导致特别有利的电、磁场过程。下面通过优选的实施例并参考附图，对本专利技术进行更详细的解释。这些参考图中附图说明图1所示为已知的等离子体室的侧视图；图2所示为本专利技术中等离子体室中的场方向和电流；图3所示为沿图2的对称轴的方向的视图；图4所示为磁装置中的一级；图5所示为优选结构的侧视图。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恒定的电势为止，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，才能够维持电势差。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以有利的方式得到。因为，由于洛伦兹力的作用，当电子横穿磁力线运动的时候，尽管电子很容易在磁力线方向上位移，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，因此说，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梯度容易被平衡。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相互抵消，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，那么这是特别有利的。在图1中，示意地画出了基于霍尔原理的(霍尔推进器)的传统的等离子体加速器的基本结构。等离子体室PK被设计成环绕对称中央轴SA放置，并且有绝缘的侧壁WA，WI和后壁RW。等离子体室在平行于对称轴SA的纵向上的一边开放，并且，在这一点上，也可以有加速栅极。在等离子体室外，阴极KA被设置为电子源。阳极AN被设置于等离子体室的底部，背离排出孔AU。在等离子体室的阴极和阳极之间有一个电场E，电场大体上与纵向LR平行。磁系统有一个径向的外部第一磁极MA(比如北极)和一个径向的内部的第二磁极MI(比如南极)。这两个磁极被设计成大体上环形对称地围绕对称轴SA，并通过等离子体室后面的磁返回通路MR连接起来。磁系统在等离子体室PK中生成一个大体上是径向的磁场。阴极发射的部分电子在阴极和阳极之间的电场中被加速，并被引入等离子体室中，它们相对于电子运动方向被磁场B偏转直角，并且相对于磁力线成直角，也就是说，大体上是与图中的平面成直角的角度。作为按这种方式受力并围绕对称轴的电子漂移运动的结果，使这些电子在到达阳极AN之前，可以在等离子体室多呆一段时间。在等离子体室中运动期间，由于与引入等离子体室中的气体(比如氙)发生碰撞，这些电子产生正离子和二次电子(secondary electron)。这些离子和电子在等离子体室中形成高导电率的等离子体。离子在等离子体室的纵向上被排出。为了避免装置充电，在被排出的离子流中加入从阴极KA发出的电子，使得被排出的等离子体流PB是中性的。这种已知装置本身在多种实施例中被使用。图2所示为本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有阴极、阳极和置于阴极和阳极之间的并有可电离气体的等离子体室的等离子体加速器装置，所述电离室大体上是围绕于中心纵轴的环形，并有一个有外部和内部磁装置的磁系统，所述磁装置在径向被等离子体室分隔开，并在纵向上有至少一个纵向的磁极改变，纵向的磁极改变对于两个磁装置发生在相同方向上。
【技术特征摘要】
...
【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]
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