JPH06325896A - マイクロ波放電式プラズマ・コンタクター - Google Patents
マイクロ波放電式プラズマ・コンタクターInfo
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- JPH06325896A JPH06325896A JP5109315A JP10931593A JPH06325896A JP H06325896 A JPH06325896 A JP H06325896A JP 5109315 A JP5109315 A JP 5109315A JP 10931593 A JP10931593 A JP 10931593A JP H06325896 A JPH06325896 A JP H06325896A
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Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】熱電子放出を必要としないマイクロ波放電式プ
ラズマ・コンタクターを提供すること。 【構成】放電室と、前記放電室に作動気体を導入する導
入手段と、前記放電室に磁場を発生する磁場発生手段
と、前記放電室にマイクロ波を導入し、前記磁場との相
互作用によって電子を加速して、電子サイクロトロン共
鳴放電により前記作動気体のマイクロ波放電プラズマを
前記放電室内に発生させるプラズマ発生手段と、前記放
電室から前記放電プラズマを引き出し、前記放電室の外
部にプラズマ雲を形成する引き出し手段と、を具備する
ことを特徴とする。
ラズマ・コンタクターを提供すること。 【構成】放電室と、前記放電室に作動気体を導入する導
入手段と、前記放電室に磁場を発生する磁場発生手段
と、前記放電室にマイクロ波を導入し、前記磁場との相
互作用によって電子を加速して、電子サイクロトロン共
鳴放電により前記作動気体のマイクロ波放電プラズマを
前記放電室内に発生させるプラズマ発生手段と、前記放
電室から前記放電プラズマを引き出し、前記放電室の外
部にプラズマ雲を形成する引き出し手段と、を具備する
ことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波放電式プラ
ズマ・コンタクターに関する。
ズマ・コンタクターに関する。
【０００２】
【従来の技術】ほぼ真空状態にある宇宙機外に荷電粒子
を放出する際には空間電荷制限を受けるので、大きな電
流を流すには大きな電位差を要し、結果的に多大な電力
を消費してしまう。この荷電粒子放出の際の電位差を小
さくするために宇宙機近傍にプラズマ雲を形成し、空間
電荷制限の効果を緩和させている。
を放出する際には空間電荷制限を受けるので、大きな電
流を流すには大きな電位差を要し、結果的に多大な電力
を消費してしまう。この荷電粒子放出の際の電位差を小
さくするために宇宙機近傍にプラズマ雲を形成し、空間
電荷制限の効果を緩和させている。
【０００３】宇宙機近傍にプラズマ雲を形成するため
に、従来は直流放電式プラズマ・コンタクターが用いら
れている。
に、従来は直流放電式プラズマ・コンタクターが用いら
れている。
【０００４】従来の直流放電式プラズマ・コンタクター
を図２に示す。余熱ヒーター４または放電にて発生する
熱によって１０００Ｋ程度またはそれ以上の高温に維持
された熱電子放出電極１とキーパー電極２との間で直流
放電を発生させる。
を図２に示す。余熱ヒーター４または放電にて発生する
熱によって１０００Ｋ程度またはそれ以上の高温に維持
された熱電子放出電極１とキーパー電極２との間で直流
放電を発生させる。
【０００５】作動気体導入口５より供給された作動気体
は、放電により直流放電室１０内に直流放電プラズマ８
を形成する。直流放電プラズマ８はオリフィス３から外
部に噴出して、その近傍にプラズマ雲９を形成する。
は、放電により直流放電室１０内に直流放電プラズマ８
を形成する。直流放電プラズマ８はオリフィス３から外
部に噴出して、その近傍にプラズマ雲９を形成する。
【０００６】このプラズマ・コンタクターを電子収集と
して作動させる時には、キーパー電極２が放電電子と宇
宙機外電子を収集する。また逆にプラズマ・コンタクタ
ーを電子放出器として用いる場合には、熱電子放出電極
１は放電を維持させるための電子と宇宙機外に放出され
る電子の両方の供給源となる。
して作動させる時には、キーパー電極２が放電電子と宇
宙機外電子を収集する。また逆にプラズマ・コンタクタ
ーを電子放出器として用いる場合には、熱電子放出電極
１は放電を維持させるための電子と宇宙機外に放出され
る電子の両方の供給源となる。
【０００７】機器の作動を開始させる際、熱電子放出電
極１を余熱ヒーター４にて高温にしたのち高電圧パルス
をかけて放電を開始させる。熱電子放出電極１には熱電
子放出を活性にする化学物質が利用されている。
極１を余熱ヒーター４にて高温にしたのち高電圧パルス
をかけて放電を開始させる。熱電子放出電極１には熱電
子放出を活性にする化学物質が利用されている。
【０００８】熱電子放出を行なうために必須の化学物質
は、高温であるほど盛んに電子を放出するが消耗が早ま
るので、宇宙環境にてメインテナンスフリーで長時間作
動させるためには綿密な作動温度管理を要する。
は、高温であるほど盛んに電子を放出するが消耗が早ま
るので、宇宙環境にてメインテナンスフリーで長時間作
動させるためには綿密な作動温度管理を要する。
【０００９】また作動気体に含まれるわずかな劣化因子
成分で機能劣化を起こすので、超高純度の作動気体の使
用や気体容器の清浄化とその維持管理が厳しく行なわれ
る。作動に際し、あらかじめ高温状態にするために、ヒ
ーターによる余熱とそれに続いて放電開始のための高電
圧印加などの手順が必要となる。この結果、繰り返し作
動に伴う熱サイクル疲労によるヒーターの断線故障が起
こる場合がある。
成分で機能劣化を起こすので、超高純度の作動気体の使
用や気体容器の清浄化とその維持管理が厳しく行なわれ
る。作動に際し、あらかじめ高温状態にするために、ヒ
ーターによる余熱とそれに続いて放電開始のための高電
圧印加などの手順が必要となる。この結果、繰り返し作
動に伴う熱サイクル疲労によるヒーターの断線故障が起
こる場合がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従来は、直流放電式プ
ラズマ・コンタクターが利用されてきたが、熱電子放出
電極と余熱ヒーターによって機器の運用寿命，運用手順
および製造製作手段に強い制約を受けている。
ラズマ・コンタクターが利用されてきたが、熱電子放出
電極と余熱ヒーターによって機器の運用寿命，運用手順
および製造製作手段に強い制約を受けている。
【００１１】本発明は、熱電子放出を必要としないマイ
クロ波放電式プラズマ・コンタクターを提供することを
目的とする。
クロ波放電式プラズマ・コンタクターを提供することを
目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係るマイクロ波放電式プラズマ・コンタクタ
ーは、放電室と、前記放電室に作動気体を導入する導入
手段と、前記放電室に磁場を発生する磁場発生手段と、
前記放電室にマイクロ波を導入し、前記磁場との相互作
用によって電子を加速して、電子サイクロトロン共鳴放
電により前記作動気体のマイクロ波放電プラズマを前記
放電室内に発生させるプラズマ発生手段と、前記放電室
から前記放電プラズマを引き出し、前記放電室の外部に
プラズマ雲を形成する引き出し手段と、を具備すること
を特徴とする。
の本発明に係るマイクロ波放電式プラズマ・コンタクタ
ーは、放電室と、前記放電室に作動気体を導入する導入
手段と、前記放電室に磁場を発生する磁場発生手段と、
前記放電室にマイクロ波を導入し、前記磁場との相互作
用によって電子を加速して、電子サイクロトロン共鳴放
電により前記作動気体のマイクロ波放電プラズマを前記
放電室内に発生させるプラズマ発生手段と、前記放電室
から前記放電プラズマを引き出し、前記放電室の外部に
プラズマ雲を形成する引き出し手段と、を具備すること
を特徴とする。
【００１３】前記プラズマ発生手段は、マイクロ波発振
器と、前記マイクロ波を導く同軸ケーブルと、前記マイ
クロ波を前記放電室に供給するアンテナと、を具備する
ことが好ましい。
器と、前記マイクロ波を導く同軸ケーブルと、前記マイ
クロ波を前記放電室に供給するアンテナと、を具備する
ことが好ましい。
【００１４】また前記引き出し手段は、前記放電室に接
続して設けられ前記放電プラズマからイオンを収集する
第１の電極と、前記放電室の外部に設けられ前記プラズ
マ雲から電子を収集する第２の電極と、前記第１と第２
の電極に接続された電源と、を具備することが好まし
い。
続して設けられ前記放電プラズマからイオンを収集する
第１の電極と、前記放電室の外部に設けられ前記プラズ
マ雲から電子を収集する第２の電極と、前記第１と第２
の電極に接続された電源と、を具備することが好まし
い。
【００１５】更に前記磁場発生手段は、前記放電室の周
囲に設けられた永久磁石と、前記永久磁石が発生する磁
場を連結する磁気回路と、を具備することが好ましい。
囲に設けられた永久磁石と、前記永久磁石が発生する磁
場を連結する磁気回路と、を具備することが好ましい。
【００１６】
【作用】アンテナから発射されたマイクロ波は磁場との
相互作用によって電子を連続的に共鳴加速する。加速さ
れた電子は作動気体粒子に衝突してこれを電離し、その
結果プラズマ化する。これは電子サイクロトロン共鳴放
電と言われている。マイクロ波放電室内のプラズマは直
流電界によって引き出され、マイクロ波放電室プラズマ
・コンタクターの外部にプラズマ雲を形成する。マイク
ロ波放電式プラズマ・コンタクターを電子収集として機
能する場合には、プラズマ雲を通って宇宙機外電子は電
子引き出し電極に集められる。また電子放出の場合に
は、プラズマ雲内の電子が外部に放出し、一方イオンが
イオン収集電極に集められ、電流回路が成り立つ。余熱
することなしに作動気体を供給後マイクロ波電力を投入
すれば、自発的に放電が開始する。
相互作用によって電子を連続的に共鳴加速する。加速さ
れた電子は作動気体粒子に衝突してこれを電離し、その
結果プラズマ化する。これは電子サイクロトロン共鳴放
電と言われている。マイクロ波放電室内のプラズマは直
流電界によって引き出され、マイクロ波放電室プラズマ
・コンタクターの外部にプラズマ雲を形成する。マイク
ロ波放電式プラズマ・コンタクターを電子収集として機
能する場合には、プラズマ雲を通って宇宙機外電子は電
子引き出し電極に集められる。また電子放出の場合に
は、プラズマ雲内の電子が外部に放出し、一方イオンが
イオン収集電極に集められ、電流回路が成り立つ。余熱
することなしに作動気体を供給後マイクロ波電力を投入
すれば、自発的に放電が開始する。
【００１７】
【実施例】以下図面を参照して、本発明の一実施例に係
るマイクロ波放電式プラズマ・コンタクターの構成を説
明する。
るマイクロ波放電式プラズマ・コンタクターの構成を説
明する。
【００１８】図１に示すマイクロ波放電室２３の周囲に
は、放電室２３に磁場を発生する磁場発生手段が設けら
れている。この磁場発生手段は、放電室２３の周囲に設
けられた永久磁石２６と、永久磁石２６と放電室２３を
囲む磁気回路２７とからなる。。この磁気回路２７は、
永久磁石２６が発生する磁場を連結して、外部に漏らさ
ないようにし、永久磁石２６の発生する磁場を有効に使
用できるようにする機能を有している。
は、放電室２３に磁場を発生する磁場発生手段が設けら
れている。この磁場発生手段は、放電室２３の周囲に設
けられた永久磁石２６と、永久磁石２６と放電室２３を
囲む磁気回路２７とからなる。。この磁気回路２７は、
永久磁石２６が発生する磁場を連結して、外部に漏らさ
ないようにし、永久磁石２６の発生する磁場を有効に使
用できるようにする機能を有している。
【００１９】マイクロ波放電室２３には、放電室２３に
作動気体を導入する導入手段が設けられている。この導
入手段は作動気体導入口２８からなり、例えばアルゴ
ン、キセノン等の希ガスをマイクロ波放電室２３に導入
する。
作動気体を導入する導入手段が設けられている。この導
入手段は作動気体導入口２８からなり、例えばアルゴ
ン、キセノン等の希ガスをマイクロ波放電室２３に導入
する。
【００２０】マイクロ波放電室２３の外部には、プラズ
マ発生手段が設けられている。このプラズマ発生手段
は、マイクロ波発振器２９と、マイクロ波発振器２９が
発生したマイクロ波を伝送する同軸ケーブル２１と、同
軸ケーブル２１から送られてきたマイクロ波を放電室２
３に供給するアンテナ２２とからなる。前記放電室２３
に供給されたマイクロ波は、磁場との相互作用によって
電子を加速して、電子サイクロトロン共鳴放電を起こ
す。加速された電子は作動気体に衝突してマイクロ波放
電プラズマ３２を放電室２３内に発生させる。
マ発生手段が設けられている。このプラズマ発生手段
は、マイクロ波発振器２９と、マイクロ波発振器２９が
発生したマイクロ波を伝送する同軸ケーブル２１と、同
軸ケーブル２１から送られてきたマイクロ波を放電室２
３に供給するアンテナ２２とからなる。前記放電室２３
に供給されたマイクロ波は、磁場との相互作用によって
電子を加速して、電子サイクロトロン共鳴放電を起こ
す。加速された電子は作動気体に衝突してマイクロ波放
電プラズマ３２を放電室２３内に発生させる。
【００２１】放電室２３の外部には、放電室２３から放
電プラズマ３２を引き出し、放電室２３の外部にプラズ
マ雲３３を形成する引き出し手段が設けられている。こ
の引き出し手段は、イオン収集電極２４と、電子引き出
し電極２５と、電子引き出し電源３１とからなる。
電プラズマ３２を引き出し、放電室２３の外部にプラズ
マ雲３３を形成する引き出し手段が設けられている。こ
の引き出し手段は、イオン収集電極２４と、電子引き出
し電極２５と、電子引き出し電源３１とからなる。
【００２２】放電室２３には開口部３４が設けられてい
て、この開口部３４に連結してイオン収集電極２４が設
けられている。このイオン収集電極２４は筒形をしてお
り、放電室２３の開口部３４を通って、放電プラズマ３
２がイオン収集電極２４からなる筒内に噴出される。こ
の筒形のイオン収集電極２４には開口部３５が設けられ
ていて、この開口部３５を通って放電プラズマ３２が宇
宙空間に噴出され、プラズマ雲３３を形成する。
て、この開口部３４に連結してイオン収集電極２４が設
けられている。このイオン収集電極２４は筒形をしてお
り、放電室２３の開口部３４を通って、放電プラズマ３
２がイオン収集電極２４からなる筒内に噴出される。こ
の筒形のイオン収集電極２４には開口部３５が設けられ
ていて、この開口部３５を通って放電プラズマ３２が宇
宙空間に噴出され、プラズマ雲３３を形成する。
【００２３】イオン収集電極２４は、放電プラズマ３２
からイオンを収集する機能を有している。電子引き出し
電極２５は、放電室２３の外部に形成されるプラズマ雲
３３から電子を収集する機能を有する。電子引き出し電
源３１は、イオン収集電極２４と電子引き出し電極２５
に接続され、電流回路を形成する。
からイオンを収集する機能を有している。電子引き出し
電極２５は、放電室２３の外部に形成されるプラズマ雲
３３から電子を収集する機能を有する。電子引き出し電
源３１は、イオン収集電極２４と電子引き出し電極２５
に接続され、電流回路を形成する。
【００２４】図１において、マイクロ波発振器２９によ
り発生されたマイクロ波電力は同軸ケーブル２１を介し
てアンテナ２２に導入される。永久磁石２６および磁気
回路２７はマイクロ波放電室２３に磁場を形成する。ア
ンテナ２２からマイクロ波放電室２３に発射されたマイ
クロ波は、磁場との相互作用によって、作動気体導入口
２８から供給された作動気体を、電子サイクロトロン共
鳴放電により、マイクロ波放電プラズマ３２にする。マ
イクロ波放電プラズマ３２は電子引き出し電極２５によ
ってプラズマ・コンタクター外部に放出され、プラズマ
雲３３を形成する。
り発生されたマイクロ波電力は同軸ケーブル２１を介し
てアンテナ２２に導入される。永久磁石２６および磁気
回路２７はマイクロ波放電室２３に磁場を形成する。ア
ンテナ２２からマイクロ波放電室２３に発射されたマイ
クロ波は、磁場との相互作用によって、作動気体導入口
２８から供給された作動気体を、電子サイクロトロン共
鳴放電により、マイクロ波放電プラズマ３２にする。マ
イクロ波放電プラズマ３２は電子引き出し電極２５によ
ってプラズマ・コンタクター外部に放出され、プラズマ
雲３３を形成する。
【００２５】本発明は、宇宙推進用イオンエンジンの中
和器、宇宙機の帯電防止／電位調節用のプラズマ・コン
タクターや、アルフベンエンジンのプラズマ・ブラシ等
に適用できる。
和器、宇宙機の帯電防止／電位調節用のプラズマ・コン
タクターや、アルフベンエンジンのプラズマ・ブラシ等
に適用できる。
【００２６】本発明は上記実施例に限定されない。種々
変形して実施できる。
変形して実施できる。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したマイクロ波放電式プラズマ
・コンタクターは、熱電子放出に依存しない放電方式を
採用している。
・コンタクターは、熱電子放出に依存しない放電方式を
採用している。
【００２８】したがって従来の直流放電式プラズマ・コ
ンタクターと比べ、熱電子放出電極にかかわる寿命限界
がない。機器を作動させるために余熱や高電圧印加が不
要となり、迅速な運用開始が可能になる。
ンタクターと比べ、熱電子放出電極にかかわる寿命限界
がない。機器を作動させるために余熱や高電圧印加が不
要となり、迅速な運用開始が可能になる。
【００２９】また運用温度管理制限，製造製作の過程に
おける環境管理や作動気体の純度または作動気体容器の
清浄度管理に関する制限を大きく緩和できる。余熱ヒー
ターを用いていないので機器の信頼性が向上する。
おける環境管理や作動気体の純度または作動気体容器の
清浄度管理に関する制限を大きく緩和できる。余熱ヒー
ターを用いていないので機器の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るマイクロ波放電式プラ
ズマ・コンタクターの構造を示す図である。
ズマ・コンタクターの構造を示す図である。
【図２】従来の直流放電式プラズマ・コンタクターの構
造を示す図である。
造を示す図である。
２１…同軸ケーブル ２２…アンテナ ２３…マイクロ波放電室 ２４…イオン収集電極 ２５…電子引き出し電極 ２６…永久磁石 ２７…磁気回路 ２８…作動気体導入口 ２９…マイクロ波発振器 ３１…電子引き出し用電源 ３２…マイクロ波放電プラズマ ３３…プラズマ雲
Claims (4)
- 【請求項１】放電室と、 前記放電室に作動気体を導入する導入手段と、 前記放電室に磁場を発生する磁場発生手段と、 前記放電室にマイクロ波を導入し、前記磁場との相互作
用によって電子を加速して、電子サイクロトロン共鳴放
電により前記作動気体のマイクロ波放電プラズマを前記
放電室内に発生させるプラズマ発生手段と、 前記放電室から前記放電プラズマを引き出し、前記放電
室の外部にプラズマ雲を形成する引き出し手段と、 を具備することを特徴とするマイクロ波放電式プラズマ
・コンタクター。 - 【請求項２】前記プラズマ発生手段は、 マイクロ波発振器と、 前記マイクロ波を導く同軸ケーブルと、 前記マイクロ波を前記放電室に供給するアンテナと、 を具備することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ
・コンタクター。 - 【請求項３】前記引き出し手段は、 前記放電室に接続して設けられ、前記放電プラズマから
イオンを収集する第１の電極と、 前記放電室の外部に設けられ、前記プラズマ雲から電子
を収集する第２の電極と、 前記第１と第２の電極に接続された電源と、 を具備することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ
・コンタクター。 - 【請求項４】前記磁場発生手段は、 前記放電室の周囲に設けられた永久磁石と、 前記永久磁石が発生する磁場を連結する磁気回路と、 を具備することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ
・コンタクター。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5109315A JPH06325896A (ja) | 1993-05-11 | 1993-05-11 | マイクロ波放電式プラズマ・コンタクター |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5109315A JPH06325896A (ja) | 1993-05-11 | 1993-05-11 | マイクロ波放電式プラズマ・コンタクター |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06325896A true JPH06325896A (ja) | 1994-11-25 |
Family
ID=14507102
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5109315A Pending JPH06325896A (ja) | 1993-05-11 | 1993-05-11 | マイクロ波放電式プラズマ・コンタクター |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06325896A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015076253A (ja) * | 2013-10-08 | 2015-04-20 | 国立大学法人 東京大学 | 小型マイクロ波プラズマ源における誘電体保護機構 |
| JP2018535353A (ja) * | 2015-11-18 | 2018-11-29 | ジェイエスダブリュー スチール リミテッド | 宇宙空間電熱推進に適したマイクロ波電熱スラスタ |
| WO2019103083A1 (ja) * | 2017-11-24 | 2019-05-31 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 | マイクロ波プラズマ源 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS63149300A (ja) * | 1986-12-12 | 1988-06-22 | 三菱電機株式会社 | 宇宙飛翔体帯電制御装置 |
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1993
- 1993-05-11 JP JP5109315A patent/JPH06325896A/ja active Pending
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