JPH02173361A - Ｒｆ型イオンスラスタ - Google Patents
Ｒｆ型イオンスラスタInfo
- Publication number
- JPH02173361A JPH02173361A JP32789688A JP32789688A JPH02173361A JP H02173361 A JPH02173361 A JP H02173361A JP 32789688 A JP32789688 A JP 32789688A JP 32789688 A JP32789688 A JP 32789688A JP H02173361 A JPH02173361 A JP H02173361A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnets
- discharge vessel
- magnetic field
- dotted
- thruster
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03H—PRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03H1/00—Using plasma to produce a reactive propulsive thrust
- F03H1/0037—Electrostatic ion thrusters
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/16—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation
- H01J27/18—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation with an applied axial magnetic field
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
この発明は、人口衛星の姿勢制御等に用いられるＲＦ型
ビイオンスラスタ関する。
ビイオンスラスタ関する。
（従来の技術）
従来のＲＦ （Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）型イ
オンスラスタとして例えば第５図に示すようなものがあ
る。
オンスラスタとして例えば第５図に示すようなものがあ
る。
即ち、このＲＦ型ビイオンスラスタ石英ガラス等で形成
された放電容器１にＸｅガス（キセノンガス）を導入す
るガス導入系３を有し、放電容器１の外周囲にはインダ
クションコイル５を備えている。更に放電容器１の端部
には電極７，９．１１によって構成される加速電極が設
けられ、その外側に中和器１３が備えられている。
された放電容器１にＸｅガス（キセノンガス）を導入す
るガス導入系３を有し、放電容器１の外周囲にはインダ
クションコイル５を備えている。更に放電容器１の端部
には電極７，９．１１によって構成される加速電極が設
けられ、その外側に中和器１３が備えられている。
そしてガス導入系３から放電容器１内へ導入されたＸｅ
ガスに、インダクションコイル５によって加速された電
子が衝突して電離プラズマを放電容器１内に生成させる
。この電離プラズマ中のＸｅ＋ （プラスイオン）が加
速電極７，９．１１によって運動エネルギを与えられ１
．中和器１３から放出される電子によって中和された後
、宇宙空間に放出されてイオンスラスタの推力となる。
ガスに、インダクションコイル５によって加速された電
子が衝突して電離プラズマを放電容器１内に生成させる
。この電離プラズマ中のＸｅ＋ （プラスイオン）が加
速電極７，９．１１によって運動エネルギを与えられ１
．中和器１３から放出される電子によって中和された後
、宇宙空間に放出されてイオンスラスタの推力となる。
ところで、電離プラズマ生成に費やされたインダクショ
ンコイル６による高周波放電電力は、イオンスラスタの
推力には起用せず、イオンスラス夕を加熱してしまうも
のとなる。従って強制的に冷却し難い上に、限られた電
気エネルギしか使用できない宇宙環境下では高周波放電
電力をいかに小さくするかがイオンスラスタ実用化の決
め手となる。
ンコイル６による高周波放電電力は、イオンスラスタの
推力には起用せず、イオンスラス夕を加熱してしまうも
のとなる。従って強制的に冷却し難い上に、限られた電
気エネルギしか使用できない宇宙環境下では高周波放電
電力をいかに小さくするかがイオンスラスタ実用化の決
め手となる。
そして、この高周波放電電力を小さくするためには生成
された電離プラズマの損失をなるべく小さくすることが
肝要である。
された電離プラズマの損失をなるべく小さくすることが
肝要である。
（発明が解決しようとする課題）
このように、従来のＲＦ型ビイオンスラスタは電離プラ
ズマ生成に費やされた高周波放電電力は推力に寄与せず
、イオンスラスタを加熱してしまうものとなるため、こ
の高周波放電電力を如何に小さくするかがイオンスラス
タ実用化の決め手となっていた。
ズマ生成に費やされた高周波放電電力は推力に寄与せず
、イオンスラスタを加熱してしまうものとなるため、こ
の高周波放電電力を如何に小さくするかがイオンスラス
タ実用化の決め手となっていた。
そこでこの発明は、電離プラズマの損失の大部分は放電
容器の壁面での再結合であることに鑑み、電離プラズマ
の磁場閉じ込めを行った高効率のＲＦ型ビイオンスラス
タ提供を目的とする。
容器の壁面での再結合であることに鑑み、電離プラズマ
の磁場閉じ込めを行った高効率のＲＦ型ビイオンスラス
タ提供を目的とする。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
上記課題を解決するためにこの発明は、ガス導入系と放
電容器とインダクションコイルと加速電極と中和器と電
源とを含んで構成されたイオンスラスタにおいて、放電
容器の一部または全てを複数個の点状カスブ磁場で覆う
構成とした。
電容器とインダクションコイルと加速電極と中和器と電
源とを含んで構成されたイオンスラスタにおいて、放電
容器の一部または全てを複数個の点状カスブ磁場で覆う
構成とした。
（作用）
ブラスマの再結合領域は磁気カスブ点のろであるから、
それ以外の放電容器壁面はプラズマに対して磁場閉じ込
めが行われたことになり、プラズマの損失が小さくプラ
ズマ生成のための高周波放電電力は小さくなる。また磁
場のある領域は放電容器壁面近傍のみであり、加速電極
穴のある領域（無磁場領域）のプラズマの一様性を乱す
ことはない。
それ以外の放電容器壁面はプラズマに対して磁場閉じ込
めが行われたことになり、プラズマの損失が小さくプラ
ズマ生成のための高周波放電電力は小さくなる。また磁
場のある領域は放電容器壁面近傍のみであり、加速電極
穴のある領域（無磁場領域）のプラズマの一様性を乱す
ことはない。
（実施例）
以下、この発明の詳細な説明する。
尚、第５図と同一構成部分には同ね号を伺して重複説明
を省略する。
を省略する。
第１図はこの発明の一実施例に係わる点状カスブ磁場を
有したＲＦ型ビイオンスラスタ一部切欠概略斜視図であ
る。
有したＲＦ型ビイオンスラスタ一部切欠概略斜視図であ
る。
このイオンスラスタの放電容器１は、例えば金属製であ
り、石英ガラス等に比べて強度が高く、宇宙空間への打
上げ等に対しても耐久性の高いものとなっている。そし
てインダクションコイル５は放電容器１−の内周面に配
置されており、放電容器１の外周面には点状カスプ磁場
を形成する複数の磁石１５．１７が設けられている。こ
れらの磁石１５．１７は第２図、第３図のように網目状
に配置され、ＮＳ交互に配列されている。
り、石英ガラス等に比べて強度が高く、宇宙空間への打
上げ等に対しても耐久性の高いものとなっている。そし
てインダクションコイル５は放電容器１−の内周面に配
置されており、放電容器１の外周面には点状カスプ磁場
を形成する複数の磁石１５．１７が設けられている。こ
れらの磁石１５．１７は第２図、第３図のように網目状
に配置され、ＮＳ交互に配列されている。
この場合、磁束の大きい磁石］７を第２図の対角線方向
（点線方向）にＮＳ交互に並べると共に、磁束の小さい
磁石１５を第２図の水平垂直方向（実線方向）に並べ、
磁束の大きい磁石１７を含めてＮＳ交互となるよう配置
されている。そして磁束の小さい磁石１５のＮ極からで
た磁力線は隣接している磁石１５．１７のＳ極に全て入
る。磁束の大きい磁石１７のＮ極からでた磁力線は隣接
している磁束の小さい磁石１５と磁束の大きい磁石１７
とのＳ極に全て入る。
（点線方向）にＮＳ交互に並べると共に、磁束の小さい
磁石１５を第２図の水平垂直方向（実線方向）に並べ、
磁束の大きい磁石１７を含めてＮＳ交互となるよう配置
されている。そして磁束の小さい磁石１５のＮ極からで
た磁力線は隣接している磁石１５．１７のＳ極に全て入
る。磁束の大きい磁石１７のＮ極からでた磁力線は隣接
している磁束の小さい磁石１５と磁束の大きい磁石１７
とのＳ極に全て入る。
従って、放電容器１の壁面近くにピッチ間隔の狭い点状
カスプ磁場が全ての磁石１５．１７により形成されると
共に、その上にピッチ間隔の広い点状カスプ磁場が磁束
の大きい磁石１７のみで形成される。
カスプ磁場が全ての磁石１５．１７により形成されると
共に、その上にピッチ間隔の広い点状カスプ磁場が磁束
の大きい磁石１７のみで形成される。
このように点状カスプ磁場を二重構造にするのは次のよ
うな理由による。
うな理由による。
即ち、磁石１５．１７によって点状カスプ磁場を構成す
る場合、磁石１５．１７の中間点に無磁場点が形成され
るが、」二重のように二重構造にすれば両者の無磁場点
を重ならないようにすることができ、放電容器１内面を
全て磁場で覆うことができるからである。
る場合、磁石１５．１７の中間点に無磁場点が形成され
るが、」二重のように二重構造にすれば両者の無磁場点
を重ならないようにすることができ、放電容器１内面を
全て磁場で覆うことができるからである。
そしてこのように放電容器］内面を全て磁場で覆うよう
にする構成は、ＤＣ型イオンスラスタと異なりインダク
ションコイル５によって電子を周方向に加速するＲＦ型
ビイオンスラスタは極めて有効なものとなる。次にこの
ように構成されたＲＦ型ビイオンスラスタプラズマ閉込
め作用について述べる 第２図、第３図のように放電容器１の内壁面には実線又
は点線で示すように磁力線が形成され、全て磁場で覆わ
れる。そして放電容器１内に生成された電離プラズマ中
の電子ｅは磁場で反射されるか磁力線に捕えられ、螺旋
運動しながら磁気カスプ点の損失領域１９（電子のラー
マ半径）に落込む。そして電子ｅが磁気カスプ点の損失
領域１９に落込むと中和が破れて電場が発生し、この電
場に引ずられＸｅ”が磁気カスプ点の損失領域１９に落
込むか反射されることとなる。電子ｅとＸｅ＋とが上記
のように損失領域１９に落込むと再結合が行われるが、
この再結合領域は大部分磁気カスプ点の損失領域１９と
なり、この損失領域１９は電子のラーマ半径程度である
から極めて狭く、再結合による電離プラズマの損失を極
めて小さくすることができる。従って、電離プラズマの
損失が小さくなった分、高周波放電電力を小さくするこ
とができ、イオンスラスタの加熱を抑制することができ
る。
にする構成は、ＤＣ型イオンスラスタと異なりインダク
ションコイル５によって電子を周方向に加速するＲＦ型
ビイオンスラスタは極めて有効なものとなる。次にこの
ように構成されたＲＦ型ビイオンスラスタプラズマ閉込
め作用について述べる 第２図、第３図のように放電容器１の内壁面には実線又
は点線で示すように磁力線が形成され、全て磁場で覆わ
れる。そして放電容器１内に生成された電離プラズマ中
の電子ｅは磁場で反射されるか磁力線に捕えられ、螺旋
運動しながら磁気カスプ点の損失領域１９（電子のラー
マ半径）に落込む。そして電子ｅが磁気カスプ点の損失
領域１９に落込むと中和が破れて電場が発生し、この電
場に引ずられＸｅ”が磁気カスプ点の損失領域１９に落
込むか反射されることとなる。電子ｅとＸｅ＋とが上記
のように損失領域１９に落込むと再結合が行われるが、
この再結合領域は大部分磁気カスプ点の損失領域１９と
なり、この損失領域１９は電子のラーマ半径程度である
から極めて狭く、再結合による電離プラズマの損失を極
めて小さくすることができる。従って、電離プラズマの
損失が小さくなった分、高周波放電電力を小さくするこ
とができ、イオンスラスタの加熱を抑制することができ
る。
従って放電容器１の冷却は輻射によるものが大部分であ
り、強制的に冷却し難い上に限られた電気エネルギしか
使用できない宇宙環境下では極めて有利なものとなる。
り、強制的に冷却し難い上に限られた電気エネルギしか
使用できない宇宙環境下では極めて有利なものとなる。
また、ＲＦ型ビイオンスラスタは高周波放電の放電維持
電流はプラズマ中の電子の周方向への振動であるから、
電子流路を磁気カスプ点の損失領域１９のように極端に
狭くしても放電が不安定になる心配はない。
電流はプラズマ中の電子の周方向への振動であるから、
電子流路を磁気カスプ点の損失領域１９のように極端に
狭くしても放電が不安定になる心配はない。
また、強磁場領域は放電容器］、の壁面近傍のみに存在
し、加速電極穴のおいている放電容器１の中心部には磁
場がなく、Ｘｅ＋のビーム引出しが容易な磁場閉じ込め
が実現できる。
し、加速電極穴のおいている放電容器１の中心部には磁
場がなく、Ｘｅ＋のビーム引出しが容易な磁場閉じ込め
が実現できる。
なお、インダンジョンコイル５は放電容器１の内面に配
置されているが、このインダンジョンコイル５も磁場に
よって覆われるため損傷を受けることがない。
置されているが、このインダンジョンコイル５も磁場に
よって覆われるため損傷を受けることがない。
第４図はこの発明の他の実施例を示し、この実施例では
、点状カスプ磁場を近似的に短い線のカスプ磁場で構成
したものである。
、点状カスプ磁場を近似的に短い線のカスプ磁場で構成
したものである。
この実施例では、磁束の小さな磁石２１と磁束の大きな
磁石２３とがそれぞれ直方体であるため、損失領域２５
が長方形（幅は電子のラーマ直径）となっている。この
場合、プラズマの損失領域は若干増加するが、磁石の数
を減らすことができ、しかも磁石の製造が容易なものと
なっている。
磁石２３とがそれぞれ直方体であるため、損失領域２５
が長方形（幅は電子のラーマ直径）となっている。この
場合、プラズマの損失領域は若干増加するが、磁石の数
を減らすことができ、しかも磁石の製造が容易なものと
なっている。
なお、この発明は上記実施例に限定されるものではない
。
。
例えば磁石の形状は円柱又は直方体に限らず、その配置
も網目状に限るものではない。また、磁束の違う磁石の
種類を２種類としているが、３種類以上でもよく、ある
程度無磁場点があってもよい場合には１種類でもよい。
も網目状に限るものではない。また、磁束の違う磁石の
種類を２種類としているが、３種類以上でもよく、ある
程度無磁場点があってもよい場合には１種類でもよい。
更に導入ガスとしてＸｅを用いているが、限定するもの
ではなくＨｇ等でもよい。加速電極としては３枚のもの
を使用しているが３枚に限定するものではない。
ではなくＨｇ等でもよい。加速電極としては３枚のもの
を使用しているが３枚に限定するものではない。
この発明はＲＦ型ビイオンスラスタ用いて説明したが、
磁場閉じ込めを行っている全てのイオン源装置について
も同じように適用できるものである。
磁場閉じ込めを行っている全てのイオン源装置について
も同じように適用できるものである。
［発明の効果コ
以上より明らかなように、この発明の構成によれば、放
電容器の壁面の一部又は全てを磁場で覆うようにしたか
ら、電離プラズマの損失を極めて少くすることができ、
これに応じて高周波放電電力を小さくすることができる
。従って実現、性の高い高効率のＲＦ型ビイオンスラス
タ構成することができる。
電容器の壁面の一部又は全てを磁場で覆うようにしたか
ら、電離プラズマの損失を極めて少くすることができ、
これに応じて高周波放電電力を小さくすることができる
。従って実現、性の高い高効率のＲＦ型ビイオンスラス
タ構成することができる。
また、磁石を隣合った磁石間で磁力線が閉じている磁束
の小さいものと、離れた磁石間とも磁力線を閉じる磁束
の大きいものとて構成した場合には、放電容器の内面全
てを磁場で覆うことが可能となり、ＲＦ型ビイオンスラ
スタは極めて適したものとなる。
の小さいものと、離れた磁石間とも磁力線を閉じる磁束
の大きいものとて構成した場合には、放電容器の内面全
てを磁場で覆うことが可能となり、ＲＦ型ビイオンスラ
スタは極めて適したものとなる。
第１図はこの発明の一実施例に係るＲＦ型ビイオンスラ
スタ一部切欠概略斜視図、第２図は点状カスプ磁場の配
置を示す展開平面図、第３図は第２図■−■線矢視断面
図、第４図は点状カスプ磁場を短い線状のカブス磁場で
構成した状態を示す展開正面図、第５図は従来のＲＦ型
イオンスラスタの一部切欠概略斜視図である。 １・・・放電容器 ３・・・ガス導入系５・・
・インダクションコイル ７．９．１１・・・電極 １３・・・中和器１５．１
７，２］、、２３・・・磁石
スタ一部切欠概略斜視図、第２図は点状カスプ磁場の配
置を示す展開平面図、第３図は第２図■−■線矢視断面
図、第４図は点状カスプ磁場を短い線状のカブス磁場で
構成した状態を示す展開正面図、第５図は従来のＲＦ型
イオンスラスタの一部切欠概略斜視図である。 １・・・放電容器 ３・・・ガス導入系５・・
・インダクションコイル ７．９．１１・・・電極 １３・・・中和器１５．１
７，２］、、２３・・・磁石
Claims (2)
- （１）ガス導入系と放電容器とインダクションコイルと
加速電極と中和器と電源とを含んで構成されたＲＦ型イ
オンスラスタにおいて、前記放電容器の一部または全て
を複数個の点状カスプ磁場で覆ったことを特徴とすＲＦ
型イオンスラスタ。 - （２）前記点状カスプ磁場は、隣合った磁石間で磁力線
が閉じている磁束の小さいものと、離れた磁石間とも磁
力線を閉じ磁束の大きいものとで構成したことを特徴と
する請求項１記載のＲＦ型イオンスラスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32789688A JPH02173361A (ja) | 1988-12-27 | 1988-12-27 | Ｒｆ型イオンスラスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32789688A JPH02173361A (ja) | 1988-12-27 | 1988-12-27 | Ｒｆ型イオンスラスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02173361A true JPH02173361A (ja) | 1990-07-04 |
Family
ID=18204201
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32789688A Pending JPH02173361A (ja) | 1988-12-27 | 1988-12-27 | Ｒｆ型イオンスラスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02173361A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103953518A (zh) * | 2014-05-13 | 2014-07-30 | 哈尔滨工业大学 | 一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极 |
-
1988
- 1988-12-27 JP JP32789688A patent/JPH02173361A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103953518A (zh) * | 2014-05-13 | 2014-07-30 | 哈尔滨工业大学 | 一种多级会切磁场等离子体推力器的阳极 |
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