[go: up one dir, main page]

RU2031472C1 - Plasma cathode and method of its activation - Google Patents

Plasma cathode and method of its activation Download PDF

Info

Publication number
RU2031472C1
RU2031472C1 SU5067325/25A SU5067325A RU2031472C1 RU 2031472 C1 RU2031472 C1 RU 2031472C1 SU 5067325/25 A SU5067325/25 A SU 5067325/25A SU 5067325 A SU5067325 A SU 5067325A RU 2031472 C1 RU2031472 C1 RU 2031472C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
emitter
cathode
channel
discharge
starting
Prior art date
Application number
SU5067325/25A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.В. Василенко
Р.Ю. Гниздор
Б.А. Архипов
К.Н. Козубский
Н.А. Масленников
А.И. Оранский
Original Assignee
Опытное конструкторское бюро "Факел"
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Опытное конструкторское бюро "Факел" filed Critical Опытное конструкторское бюро "Факел"
Priority to SU5067325/25A priority Critical patent/RU2031472C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2031472C1 publication Critical patent/RU2031472C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

FIELD: plasma technology. SUBSTANCE: plasma cathode is designed for creation of reluctance motors and technology sources of accelerated fluxes for ion-plasma machining of surfaces of materials in vacuum. Plasma cathode has case with open butt, emitter with through channel located in case, its one end is positioned opposite to open butt of case, activating electrode electrically insulated relative to case and emitter and device to feed working medium into through channel of emitter. Activating electrode is placed in space of case in front of the other end of through channel of emitter. Device to feed working medium into through channel of emitter communicates with inner space of case in zone of position of activating electrode. For activation of cathode spark change is excited in working medium in zone between activating electrode and end of through channel of emitter opposite to open butt of case, after this negative potential is fed to emitter. EFFECT: reduced power consumption of cathode by facilitation of conditions of its activation, prolonged service life of cathode. 11 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано при разработке электрореактивных двигателей и технологических источников ускоренных потоков для ионно-плазменной обработки поверхности материалов в вакууме. The invention relates to plasma technology and can be used in the development of electric jet engines and technological sources of accelerated flows for ion-plasma surface treatment of materials in vacuum.

Известен разрядный прибор [1], имеющий пустотелый (полый) катод, в котором размещен источник нагрева эмиссионного элемента. В этом катоде рабочее тело поступает в полость катода через впускное отверстие и омывает пусковой электрод. В полости катода также размещен нагреватель. На выходе из катода выполнено сужение в виде пластины с отверстием, диаметр которого меньше внутреннего размера полости катода. Рабочее тело, поступающее в катод, ионизируется при подаче напряжения на катод и эмиссионный элемент. При этом происходит зажигание разряда, а автоэмиссия поддерживается подогревом эмиссионного элемента. Сужение на выходе катода увеличивает сопротивление потоку рабочего тела, что необходимо для повышения плотности рабочего тела с целью облегчения зажигания и горения основного разряда. Known discharge device [1] having a hollow (hollow) cathode, in which is placed a heating source of the emission element. In this cathode, the working fluid enters the cathode cavity through the inlet and washes the starting electrode. A heater is also located in the cathode cavity. At the exit from the cathode, a narrowing was made in the form of a plate with a hole whose diameter is smaller than the internal size of the cathode cavity. The working fluid entering the cathode is ionized when voltage is applied to the cathode and the emission element. In this case, ignition of the discharge occurs, and field emission is supported by heating the emission element. The narrowing at the exit of the cathode increases the resistance to the flow of the working fluid, which is necessary to increase the density of the working fluid in order to facilitate ignition and combustion of the main discharge.

В аналоге источник нагрева и пусковой электрод находятся в зоне горения разряда внутри полого катода, что значительно уменьшает их ресурс. Кроме того, размещение нагревателя и пускового электрода внутри полого катода, являющегося в данном случае эмиссионным элементом, предопределяет его значительные размеры и массу. Это влечет за собой необходимость длительного времени и большой мощности для их разогрева до рабочих температур. Кроме того, значительная масса и размеры обуславливают значительные потери тепла в конструкцию, что ограничивает снизу величину рабочих токов прибора. In an analogue, the heating source and the starting electrode are located in the combustion zone of the discharge inside the hollow cathode, which significantly reduces their resource. In addition, the placement of the heater and the starting electrode inside the hollow cathode, which in this case is an emission element, predetermines its considerable size and weight. This entails the need for a long time and high power to heat them up to operating temperatures. In addition, a significant mass and dimensions cause significant heat loss to the structure, which limits the bottom of the magnitude of the operating currents of the device.

Известен плазменный катод [2], содержащий корпус с открытым торцом, размещенный в корпусе эмиттер со сквозным каналом, один из концов которого расположен напротив открытого торца корпуса, электрически изолированный относительно корпуса пусковой электрод и устройство для подачи рабочего тела в сквозной канал эмиттера. Пусковой электрод размещен снаружи корпуса эмиттера за его открытым торцом и ионизирует рабочее тело, выходящее из конца сквозного канала эмиттера, обращенного к этому торцу. В этой зоне давление рабочего тела является самым низким, так как подача рабочего тела осуществляется с другого конца сквозного канала эмиттера. Known plasma cathode [2], containing the housing with an open end, placed in the housing of the emitter with a through channel, one of the ends of which is opposite the open end of the housing, electrically isolated relative to the housing of the starting electrode and a device for supplying a working fluid to the through channel of the emitter. The starting electrode is placed outside the emitter casing behind its open end and ionizes the working fluid emerging from the end of the through channel of the emitter facing this end. In this zone, the pressure of the working fluid is the lowest, since the supply of the working fluid is carried out from the other end of the through channel of the emitter.

Такой катод и применяемый способ его запуска являются невыгодными как с точки зрения непроизводительных затрат времени, так и по энергоемкости. Кроме того, при недостаточно прогретом катоде в процессе его запуска может происходить интенсивная эрозия выходной части эмиттера. Необходимость достижения требуемой температуры эмиттера перед запуском заставляет увеличивать время нагрева эмиттера и мощность нагревателя, который из-за перегрузок, особенно при выполнении большого числа последовательных включений, подвержен отказам. Such a cathode and the method used to start it are disadvantageous both in terms of unproductive time and energy consumption. In addition, if the cathode is not sufficiently warmed up, intense erosion of the output part of the emitter can occur during its launch. The need to achieve the required emitter temperature before starting forces to increase the emitter heating time and the heater power, which is subject to failures due to overloads, especially when performing a large number of sequential starts.

В основу изобретения положена задача создания плазменного катода с таким взаимным расположением эмиттера и пускового электрода и других его элементов, при котором создаются наиболее благоприятные условия для ионизации рабочего тела при запуске катода, а также увеличиваются ресурс и экономичность при работе катода в режиме разряда. The basis of the invention is the creation of a plasma cathode with such a mutual arrangement of the emitter and the starting electrode and its other elements, which creates the most favorable conditions for ionization of the working fluid when the cathode is launched, and also increases the resource and efficiency when the cathode is in discharge mode.

Поставленная задача решается тем, что в плазменном катоде, содержащем корпус с эмиссионным отверстием, эмиттер, установленный в полом корпусе, со сквозным каналом, соосным эмиссионному отверстию, и пусковой электрод, электроизолированный относительно корпуса и эмиттера, подключенные к системе электропитания, и узел подачи рабочего тела в канал эмиттера, пусковой электрод размещен в полости корпуса перед каналом эмиттера со стороны, противоположной эмиссионному отверстию, при этом узел подачи рабочего тела сообщен с полостью корпуса в зоне расположения пускового электрода. The problem is solved in that in a plasma cathode containing a housing with an emission hole, an emitter mounted in a hollow housing, with a through channel coaxial with the emission hole, and a starting electrode electrically insulated relative to the housing and the emitter, connected to the power supply system, and a working supply unit body into the emitter channel, the starting electrode is placed in the cavity of the body in front of the emitter channel from the side opposite to the emission hole, while the supply of the working fluid is in communication with the cavity of the body in These are the location of the starting electrode.

Благодаря размещению пускового электрода в полости корпуса перед каналом эмиттера со стороны, противоположной эмиссионному отверстию, ионизация рабочего тела, поступающего через узел подачи рабочего тела в сквозной канал эмиттера, происходит в зоне, в которой давление близко к максимальному давлению рабочего тела в пределах корпуса катода. Изменение места установки пускового электрода позволяет организовать более мягкие условия запуска и обеспечить идентичность условий зажигания разряда для всех запусков. Due to the placement of the starting electrode in the cavity of the housing in front of the emitter channel from the side opposite to the emission hole, the ionization of the working fluid entering through the supply unit of the working fluid into the through channel of the emitter occurs in an area in which the pressure is close to the maximum pressure of the working fluid within the cathode body. Changing the installation location of the starting electrode allows you to organize milder conditions for the launch and to ensure the identity of the conditions of ignition of the discharge for all starts.

При зажигании пускового разряда без предварительного разогрева и даже при предварительно разогретом эмиттере происходит выбивание (вырывание) атомов материала эмиттера ускоренными ионами рабочего тела, а в момент начального зажигания разряда в виде электрической дуги он не распределяется по всей поверхности канала эмиттера, что приводит к эрозии поверхности эмиттера. При выполнении пускового электрода из эмиссионного материала и подключении его к отрицательному выводу источника пускового напряжения в момент зажигания пускового разряда более интенсивно, чем эмиттер разрушается пусковой электрод. При этом повышается ресурс эмиттера, так как уменьшается его разрушение при запуске, а основной процесс эрозии эмиттера происходит при горении основного разряда. When a starting discharge is ignited without preliminary heating and even with a preheated emitter, the emitter atoms are knocked out (torn out) by accelerated ions of the working fluid, and at the time of the initial ignition of the discharge in the form of an electric arc, it is not distributed over the entire surface of the emitter channel, which leads to surface erosion emitter. When the starting electrode is made of emission material and connected to the negative terminal of the starting voltage source at the moment of ignition of the starting discharge, it is more intense than the emitter of the starting electrode being destroyed. At the same time, the emitter resource increases, since its destruction at startup decreases, and the main emitter erosion process occurs when the main discharge is burned.

Пусковой электрод может быть выполнен в виде трубчатого элемента из эмиссионного материала, электрически изолированного относительно эмиттера, сквозное отверстие которого соосно сквозному каналу эмиттера, при этом внутренний диаметр трубчатого элемента равен диаметру сквозного канала эмиттера. При этом зажигают разряд в рабочем теле в зоне между пусковым электродом и концом сквозного канала эмиттера, противоположным открытому торцу корпуса, а после подачи отрицательного рабочего потенциала на эмиттер электрически соединяют пусковой электрод с эмиттером, в результате чего они находятся под одним и тем же потенциалом. При таком выполнении пускового электрода увеличивается площадь эмиссионной поверхности катода за счет присоединения эмиссионной поверхности пускового электрода к поверхности эмиттера, что позволяет снизить токовую нагрузку на единицу площади эмиттера и повысить ресурс катода. The starting electrode may be made in the form of a tubular element of emission material electrically isolated relative to the emitter, the through hole of which is coaxial with the through channel of the emitter, the inner diameter of the tubular element being equal to the diameter of the through channel of the emitter. At the same time, a discharge is ignited in the working fluid in the area between the starting electrode and the end of the emitter through channel, opposite the open end of the housing, and after applying a negative working potential to the emitter, the starting electrode is electrically connected to the emitter, as a result of which they are at the same potential. In this embodiment, the starting electrode increases the area of the emission surface of the cathode by attaching the emission surface of the starting electrode to the surface of the emitter, which reduces the current load per unit area of the emitter and increases the cathode resource.

Катод может быть снабжен пластиной из электропроводного материала с отверстием, установленной на торце корпуса, при этом отверстие пластины соосно сквозному каналу эмиттера, а его диаметр меньше диаметра сквозного канала эмиттера. The cathode can be equipped with a plate of electrically conductive material with an opening mounted on the end of the housing, while the hole of the plate is aligned with the emitter through channel, and its diameter is smaller than the diameter of the emitter through channel.

Отверстие меньшего диаметра в пластине позволяет увеличить плотность рабочего тела внутри канала эмиттера, что создает благоприятные условия для ионизации рабочего тела внутри канала эмиттера при запуске и при зажигании основного разряда между катодом и анодом плазменного устройства. Выполнение пластины из электропроводного материала усиливает эффект полого катода за счет искривления эквипотенциальных линий электрического поля в канале эмиттера. Благодаря этому появляется возможность увеличения поперечного сечения сквозного канала эмиттера, что обеспечивает увеличение его активной поверхности без изменения рабочего давления в канале и снижение токовой нагрузки на единицу площади поверхности канала эмиттера. A hole of a smaller diameter in the plate allows increasing the density of the working fluid inside the emitter channel, which creates favorable conditions for ionization of the working fluid inside the emitter channel when starting and when igniting the main discharge between the cathode and anode of the plasma device. The implementation of the plate of electrically conductive material enhances the effect of the hollow cathode due to the curvature of equipotential lines of the electric field in the emitter channel. This makes it possible to increase the cross section of the through channel of the emitter, which ensures an increase in its active surface without changing the working pressure in the channel and a decrease in the current load per unit surface area of the channel of the emitter.

При выполнении пластины с отверстием из эмиссионного материала электроны, испускаемые пластиной, попадают в разрядный промежуток между внешним анодом и катодом и способствуют переводу разряда от катода к внешнему аноду. When performing a plate with a hole of emission material, the electrons emitted by the plate fall into the discharge gap between the external anode and cathode and facilitate the transfer of the discharge from the cathode to the external anode.

Катод может быть снабжен вспомогательным электродом, электрически изолированным от корпуса и установленным с его внешней стороны у эмиссионного отверстия. При этом обеспечивается возможность работы катода в режиме генератора плазмы, если вспомогательный электрод соединить с положительным зажимом источника рабочего напряжения. Этим электродом может служить пластина с отверстием, описанная выше. Эта пластина также может использоваться в качестве промежуточного электрода для облегчения зажигания основного разряда между катодом и внешним анодом. The cathode can be equipped with an auxiliary electrode, electrically isolated from the housing and mounted on its outer side at the emission hole. At the same time, the cathode can be operated in the plasma generator mode if the auxiliary electrode is connected to the positive terminal of the operating voltage source. This electrode may be a hole plate as described above. This plate can also be used as an intermediate electrode to facilitate ignition of the main discharge between the cathode and the external anode.

По известному способу запуска плазменного катода зажигают пусковой разряд в рабочем теле между пусковым электродом и эмиттером со стороны открытого торца, после чего подают отрицательный рабочий потенциал на эмиттер. В соответствии с изобретением пусковой разряд зажигают в потоке рабочего тела со стороны торцовой части эмиттера, противоположной зоне расположения эмиссионного отверстия, что обеспечивает облегчение ионизации при запуске и получение описанных выше преимуществ. According to the known method of starting a plasma cathode, a starting discharge is ignited in the working fluid between the starting electrode and the emitter from the open end side, after which a negative working potential is supplied to the emitter. In accordance with the invention, the starting discharge is ignited in the flow of the working fluid from the end part of the emitter opposite to the location of the emission hole, which facilitates ionization at startup and obtains the advantages described above.

Для повышения ресурса и надежности катода, в котором зажигают пусковой разряд, между пусковым электродом и концом сквозного канала эмиттера, противоположным открытому торцу корпуса, подают отрицательный рабочий потенциал на эмиттер. После зажигания основного разряда между внешним анодом и эмиттером электрически соединяют эмиттер и пусковой электрод и тем самым увеличивают эмиссионную поверхность. To increase the resource and reliability of the cathode in which the starting discharge is ignited, a negative working potential is supplied to the emitter between the starting electrode and the end of the through channel of the emitter, opposite the open end of the housing. After ignition of the main discharge, an emitter and a starting electrode are electrically connected between the external anode and the emitter, thereby increasing the emission surface.

После зажигания разряда и подачи отрицательного рабочего потенциала на эмиттер зажигают и поддерживают тлеющий разряд между эмиттером и пусковым электродом. Если энергия, подводимая из разряда к катоду, меньше отдаваемой, например, при малых разрядных токах, то для поддержания теплового баланса необходим подвод дополнительной энергии. В этом случае тлеющий разряд является источником дополнительной энергии, как правило небольшой. Организация тлеющего разряда не требует дополнительных элементов конструкции. В то же время образовавшаяся при тлеющем разряде тепловая энергия с минимальными потерями подводится непосредственно к эмиттеру. Кроме того, тлеющий разряд является источником нагрева рабочего тела и источником ионов и электронов, что облегчает условия запуска катода, а также повышает его экономичность при горении основного разряда. After ignition of the discharge and the supply of negative working potential to the emitter, a glow discharge is maintained between the emitter and the starting electrode. If the energy supplied from the discharge to the cathode is less than that given, for example, at low discharge currents, then additional energy is needed to maintain the heat balance. In this case, a glow discharge is a source of additional energy, usually small. The organization of a glow discharge does not require additional structural elements. At the same time, the thermal energy generated during a glow discharge is supplied directly to the emitter with minimal losses. In addition, a glow discharge is a source of heating of the working fluid and a source of ions and electrons, which facilitates the conditions for starting the cathode, and also increases its efficiency when burning the main discharge.

Для расширения функциональных возможностей катода, в частности, с целью использования его в режиме генератора плазмы или для улучшения условий зажигания разряда между внешним анодом и катодом после зажигания пускового разряда и подачи отрицательного рабочего потенциала на эмиттер создают разность потенциалов между вспомогательным электродом на открытом торце корпуса и эмиттером. Между вспомогательным электродом и эмиттером образуется разряд, служащий источником плазмы. В то же время разряд между вспомогательным электродом и эмиттером облегчает условия для зажигания разряда между внешним анодом и катодом. To expand the functionality of the cathode, in particular, to use it in the plasma generator mode or to improve the conditions for ignition of the discharge between the external anode and the cathode after ignition of the starting discharge and applying a negative working potential to the emitter, a potential difference is created between the auxiliary electrode at the open end of the housing and emitter. A discharge is formed between the auxiliary electrode and the emitter, which serves as a plasma source. At the same time, the discharge between the auxiliary electrode and the emitter facilitates the conditions for ignition of the discharge between the external anode and cathode.

Сущность изобретения поясняется фиг.1-5. The invention is illustrated figure 1-5.

Плазменный катод (фиг.1) содержит корпус 1, эмиттер 2, электрически соединенный с источником 3 разрядного напряжения, со сквозным каналом, сообщенным с полостью корпуса, трубку 4 подвода рабочего тела в полость корпуса, пусковой электрод 5, электрически соединенный с источником 6 пускового напряжения. Пусковой электрод 5 установлен внутри полого корпуса соосно с ним со стороны входа рабочего тела в канал эмиттера 2 и электрически изолирован от трубки 4 подачи рабочего тела и корпуса 1. Расстояние между пусковым электродом 5 и эмиттером 2 выбрано из условия минимума пробойного напряжения между ними при рабочем расходе рабочего тела. The plasma cathode (figure 1) contains a housing 1, emitter 2, electrically connected to a discharge voltage source 3, with a through channel connected to the housing cavity, a working fluid supply pipe 4 into the housing cavity, a starting electrode 5, electrically connected to the starting source 6 voltage. The starting electrode 5 is installed inside the hollow body coaxially with it from the side of the working fluid in the emitter channel 2 and is electrically isolated from the supply pipe 4 of the working fluid and the housing 1. The distance between the starting electrode 5 and the emitter 2 is selected from the condition of the minimum breakdown voltage between them during the working flow rate of the working fluid.

Конструкция катода с возможностью увеличения площади эмиссионной поверхности показана на фиг.2. В этом варианте пусковой электрод 5 выполнен из эмиссионного материала. В пусковом электроде выполнен осевой канал для прохода рабочего тела, соосный каналу в эмиттере, причем диаметр канала в пусковом электроде (Dпэ) по крайней мере равен Dэ. Пусковой электрод через переключающее устройство 7 может быть электрически подключен к минусовому выходу источника 3 разрядного напряжения. Здесь же показан источник пускового напряжения с выключателем (коммутирующим устройством) 12.The design of the cathode with the possibility of increasing the area of the emission surface is shown in figure 2. In this embodiment, the starting electrode 5 is made of emission material. An axial channel is made in the starting electrode for the passage of the working fluid, coaxial with the channel in the emitter, and the diameter of the channel in the starting electrode (D pe ) is at least equal to D e . The starting electrode through the switching device 7 can be electrically connected to the negative output of the discharge voltage source 3. It also shows the starting voltage source with a switch (switching device) 12.

На фиг.3 изображен вариант конструкции катода с пластиной 8, установленной на торце корпуса 1. В пластине имеется осевое отверстие, диаметр которого (Dп) меньше диаметра проходного отверстия в эмиттере 2 (Dэ). Пластина выполнена из электропроводного материала. Как вариант конструкции она может быть выполнена из эмиссионного материала.Figure 3 shows a design variant of the cathode with a plate 8 mounted on the end of the housing 1. The plate has an axial hole, the diameter of which (D p ) is less than the diameter of the bore in the emitter 2 (D e ). The plate is made of electrically conductive material. As a design option, it can be made of emission material.

На фиг. 4 показана конструкция катода с пластиной 8, установленной на торце корпуса 1, электрически отвязанной от него через изолятор 9. Пластина 8 подсоединяется к плюсовому выходу источника 3 разрядного напряжения. In FIG. 4 shows the design of the cathode with a plate 8 mounted on the end of the housing 1, electrically untied from it through an insulator 9. The plate 8 is connected to the positive output of the discharge voltage source 3.

На фиг.5 показан катод с расширенными функциональными возможностями работы в рабочих областях с малыми значениями разрядного тока. С помощью переключающего устройства 10 через устройство 11, ограничивающее ток, например резистор, пусковой электрод 5 может быть электрически подсоединен к плюсовому выходу источника 6 пускового напряжения. Величина электрического сопротивления резистора выбирается такой, чтобы при работе катода между пусковым электродом и эмиттером образовывался и поддерживался тлеющий разряд. Figure 5 shows the cathode with advanced functional capabilities in work areas with small values of discharge current. Using the switching device 10 through the device 11, limiting the current, for example a resistor, the starting electrode 5 can be electrically connected to the positive output of the starting voltage source 6. The value of the electrical resistance of the resistor is chosen such that during cathode operation, a glow discharge is formed and maintained between the starting electrode and the emitter.

Катод работает следующим образом. The cathode operates as follows.

По команде на включение начинается подача рабочего тела в катод и подается напряжение на пусковой электрод 5. При зажигании разряда между пусковым электродом 5 и эмиттером 2 происходит нагрев последнего. Одновременно образовавшаяся между эмиттером и пусковым электродом плазма проникает в канал эмиттера и делает возможным возникновение основного разряда между эмиттером и внешним анодом. Поскольку давление газа, при котором происходит разряд, на входе в эмиттер выше, чем в пространстве между эмиттером и пусковым электродом на выходе из эмиттера, напряжение, необходимое для зажигания разряда между пусковым электродом и эмиттером, на входе в эмиттер будет более низким. После зажигания основного разряда пусковое напряжение отключается. При этом не происходит эрозии выходной части эмиттера катода. On the command to turn on, the supply of the working fluid to the cathode begins and voltage is applied to the starting electrode 5. When the discharge is ignited, between the starting electrode 5 and emitter 2, the latter is heated. At the same time, the plasma formed between the emitter and the starting electrode penetrates the emitter channel and makes possible the appearance of a main discharge between the emitter and the external anode. Since the gas pressure at which the discharge occurs is higher at the entrance to the emitter than in the space between the emitter and the starting electrode at the exit of the emitter, the voltage required to ignite the discharge between the starting electrode and the emitter will be lower at the entrance to the emitter. After ignition of the main discharge, the starting voltage is turned off. In this case, there is no erosion of the output part of the cathode emitter.

Подготовка варианта конструкции катода с увеличенной площадью эмиссионной поверхности не отличается от порядка подготовки по основному варианту. После появления основного разряда в случае необходимости пусковой электрод 5 посредством переключателя 7 может быть электрически соединен с эмиттером, т. е. находится с ним под одним потенциалом. Если пусковой электрод имеет осевой канал и выполнен из эмиссионного материала, то он работает как дополнительная часть эмиттера. Preparation of a cathode design variant with an increased emission surface area does not differ from the preparation procedure for the main version. After the appearance of the main discharge, if necessary, the starting electrode 5 by means of the switch 7 can be electrically connected to the emitter, i.e., it is under it with the same potential. If the starting electrode has an axial channel and is made of emission material, then it works as an additional part of the emitter.

При установке в открытом торце корпуса токоподводящей пластины 8 усиливается эффект полого катода за счет большего искривления эквипотенциальных поверхностей внутри полого катода. When installed in the open end of the housing of the current-conducting plate 8, the effect of the hollow cathode is enhanced due to the greater curvature of equipotential surfaces inside the hollow cathode.

Если пластина 8 изготовлена из эмиссионного материала, то при подготовке катода к работе пластина также нагревается и начинает испускать электроны, которые могут облегчить условия образования основного разряда. If the plate 8 is made of emission material, then when preparing the cathode for operation, the plate also heats up and starts to emit electrons, which can facilitate the formation of the main discharge.

Подготовка к запуску катода с пластиной в открытом торце корпуса, электрически не связанной с ним, не отличается от режима подготовки по основному варианту конструкции. При подсоединении пластины 8 к плюсовому выходу источника 3 разрядного напряжения после зажигания разряда между пусковым электродом 5 и эмиттером 2 происходит "вытягивание" образовавшейся плазмы из канала эмиттера в разрядный промежуток между эмиттером, пластиной и внешним анодом, что облегчает условия зажигания основного разряда. При отключении внешнего анода при наличии потенциала на пластине катод может работать в качестве источника плазмы. The preparation for launching the cathode with the plate in the open end of the casing, which is not electrically connected to it, does not differ from the preparation mode in the main design variant. When the plate 8 is connected to the positive output of the discharge voltage source 3 after ignition of the discharge between the starting electrode 5 and the emitter 2, the resulting plasma is “pulled” from the emitter channel into the discharge gap between the emitter, the plate and the external anode, which facilitates the ignition conditions of the main discharge. When the external anode is switched off and there is potential on the plate, the cathode can work as a plasma source.

Катод с расширенными функциональными возможностями работает следующим образом. The cathode with advanced functionality operates as follows.

После появления основного разряда в случае малых значений разрядного напряжения переключающее устройство 10 подключается через ограничивающий резистор 11 к плюсовому выходу источника 6 пускового разряда. Между пусковым электродом 5 и эмиттером 2 появляется тлеющий разряд, энергия от которого служит источником тепла для разряда от анода, но при подключенном пусковом электроде 5 к источнику 6 пускового напряжения тлеющий разряд между эмиттером и пусковым электродом обеспечивает режим подогрева катода, что дает возможность выполнять запуск при малом времени подготовки к работе. After the appearance of the main discharge in the case of small values of the discharge voltage, the switching device 10 is connected through a limiting resistor 11 to the positive output of the source 6 of the starting discharge. A glow discharge appears between the start electrode 5 and emitter 2, the energy from which serves as a heat source for discharge from the anode, but when the start electrode 5 is connected to the start voltage source 6, the glow discharge between the emitter and the start electrode provides a cathode heating mode, which makes it possible to start with a short preparation time for work.

Claims (11)

ПЛАЗМЕННЫЙ КАТОД И СПОСОБ ЕГО ЗАПУСКА. PLASMA CATHODE AND METHOD OF STARTING IT. 1. Плазменный катод, содержащий корпус с эмиссионным отверстием, эмиттер, установленный в полости корпуса, со сквозным каналом, соосным с эмиссионным отверстием, и пусковой электрод, электроизолированный относительно корпуса и эмиттера, подключенные к системе электропитания, и узел подачи рабочего тела в канал эмиттера, отличающийся тем, что пусковой электрод размещен в полости корпуса перед каналом эмиттера со стороны, противоположной эмиссионному отверстию, при этом узел подачи рабочего тела сообщен с полостью корпуса в зоне расположения пускового электрода. 1. A plasma cathode containing a housing with an emission hole, an emitter installed in the cavity of the housing, with a through channel coaxial with the emission hole, and a starting electrode electrically insulated relative to the housing and the emitter, connected to the power supply system, and a working fluid supply unit to the emitter channel characterized in that the starting electrode is placed in the cavity of the housing in front of the emitter channel from the side opposite to the emission hole, while the supply of the working fluid is communicated with the cavity of the housing in the zone located starter electrode. 2. Катод по п.1, отличающийся тем, что пусковой электрод выполнен из эмиссионного материала. 2. The cathode according to claim 1, characterized in that the starting electrode is made of emission material. 3. Катод по п.2, отличающийся тем, что пусковой электрод выполнен в виде трубчатого элемента, сквозной канал в котором соосен со сквозным каналом в эмиттере, при этом диаметры сквозных каналов равны. 3. The cathode according to claim 2, characterized in that the starting electrode is made in the form of a tubular element, the through channel in which is coaxial with the through channel in the emitter, while the diameters of the through channels are equal. 4. Катод по пп.1-3, отличающийся тем, что эмиссионное отверстие выполнено в пластине из электропроводного материала, установленной на торце корпуса, при этом диаметр отверстия в пластине меньше, чем диаметр сквозного канала в эмиттере. 4. The cathode according to claims 1 to 3, characterized in that the emission hole is made in the plate of electrically conductive material mounted on the end of the housing, while the diameter of the hole in the plate is less than the diameter of the through channel in the emitter. 5. Катод по п.4, отличающийся тем, что пластина выполнена из эмиссионного материала. 5. The cathode according to claim 4, characterized in that the plate is made of emission material. 6. Катод по пп.1 - 5, отличающийся тем, что он снабжен вспомогательным электродом, электроизолированным от корпуса и установленным с его внешней стороны у эмиссионного отверстия. 6. The cathode according to claims 1 to 5, characterized in that it is equipped with an auxiliary electrode, electrically insulated from the housing and installed on its outer side at the emission hole. 7. Способ запуска плазменного катода, включающий зажигание пускового разряда в среде рабочего тела между эмиттером со сквозным каналом, соосным с эмиссионным отверстием, выполненном в торцевой части корпуса катода, и пусковым электродом, подачу отрицательного разрядного потенциала на эмиттер и зажигание основного разряда, отличающийся тем, что пусковой разряд зажигают в потоке рабочего тела со стороны торцевой части эмиттера, противоположной зоне расположения эмиссионного отверстия. 7. A method of triggering a plasma cathode, including ignition of a starting discharge in a working medium between an emitter with a through channel coaxial with an emission hole made in the end part of the cathode and a starting electrode, supplying a negative discharge potential to the emitter and ignition of the main discharge, characterized in that the starting discharge is ignited in the flow of the working fluid from the side of the end part of the emitter, opposite to the zone of location of the emission hole. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что после зажигания основного разряда отключают электропитание пускового электрода и электрически соединяют его с эмиттером. 8. The method according to claim 7, characterized in that after ignition of the main discharge, the power to the starting electrode is turned off and electrically connected to the emitter. 9. Способ по п.7, отличающийся тем, что после зажигания основного разряда между эмиттером и пусковым электродом зажигают и поддерживают тлеющий разряд. 9. The method according to claim 7, characterized in that after ignition of the main discharge between the emitter and the starting electrode, the glow discharge is ignited and supported. 10. Способ по п.7, отличающийся тем, что основной разряд зажигают между эмиттером и вспомогательным электродом, электроизолированным от корпуса и установленным с его внешней стороны у эмиссионного отверстия. 10. The method according to claim 7, characterized in that the main discharge is ignited between the emitter and the auxiliary electrode, electrically insulated from the housing and installed on its outer side at the emission hole.
SU5067325/25A 1992-10-05 1992-10-05 Plasma cathode and method of its activation RU2031472C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5067325/25A RU2031472C1 (en) 1992-10-05 1992-10-05 Plasma cathode and method of its activation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5067325/25A RU2031472C1 (en) 1992-10-05 1992-10-05 Plasma cathode and method of its activation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2031472C1 true RU2031472C1 (en) 1995-03-20

Family

ID=21615664

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5067325/25A RU2031472C1 (en) 1992-10-05 1992-10-05 Plasma cathode and method of its activation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2031472C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2139590C1 (en) * 1997-09-12 1999-10-10 Научно-исследовательский институт энергетического машиностроения Московского технического университета им. Н.Э.Баумана Cathode unit
RU2144143C1 (en) * 1996-06-11 2000-01-10 Кабардино-Балкарский государственный университет Electro-kinetic method of and device for building lifting and moving force in gas medium
RU2187216C1 (en) * 2001-07-05 2002-08-10 Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе РАН Process of generation of plasma flux and gear for its realization
RU2219683C2 (en) * 2001-11-28 2003-12-20 Федеральное государственное унитарное предприятие Российского авиационно-космического агентства "Опытное конструкторское бюро "Факел" Plasma source and its operating process
RU2429591C2 (en) * 2008-02-28 2011-09-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) Method to neutralise volume charge of ion beams in ion electric rocket engines and device to this end (versions)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Патент Великобритании N 2064856, кл. H 01J 37/08, 1981. *
2. Арцимович Л.А. и др. Разработка стационарного плазменного двигателя и его испытание на ИСЗ "Метеор", Космические исследования, т. ХП, вып. 3, 1974, с.451-468. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2144143C1 (en) * 1996-06-11 2000-01-10 Кабардино-Балкарский государственный университет Electro-kinetic method of and device for building lifting and moving force in gas medium
RU2139590C1 (en) * 1997-09-12 1999-10-10 Научно-исследовательский институт энергетического машиностроения Московского технического университета им. Н.Э.Баумана Cathode unit
RU2187216C1 (en) * 2001-07-05 2002-08-10 Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе РАН Process of generation of plasma flux and gear for its realization
RU2219683C2 (en) * 2001-11-28 2003-12-20 Федеральное государственное унитарное предприятие Российского авиационно-космического агентства "Опытное конструкторское бюро "Факел" Plasma source and its operating process
RU2429591C2 (en) * 2008-02-28 2011-09-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) Method to neutralise volume charge of ion beams in ion electric rocket engines and device to this end (versions)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2243408C2 (en) Electrostatic engine
US6541915B2 (en) High pressure arc lamp assisted start up device and method
JPH09317621A (en) Plasma ignition device
US8387359B2 (en) Electrolytic igniter for rocket engines using monopropellants
JPH05198386A (en) Device with non-heating type hollow cathode to dynamic generation of plasma
ATE296949T1 (en) COMPACT LOW ENERGY PLASMA FUEL CONVERTER DEVICE
KR20110027753A (en) Power supply control for spark plugs in internal combustion engines
US5357747A (en) Pulsed mode cathode
US4475063A (en) Hollow cathode apparatus
CN101828433B (en) Cathode assembly and method for pulsed plasma generation
RU2031472C1 (en) Plasma cathode and method of its activation
US4728862A (en) A method for achieving ignition of a low voltage gas discharge device
RU2672060C1 (en) Plasma accelerator cathode
US3362158A (en) Arc ignition system
RU2099573C1 (en) Electric arc rocket engine
US5094141A (en) Arrangement for accelerating a projectile through a plasma
US20240014014A1 (en) High current heaterless hollow cathode
RU2287203C2 (en) Plasma cathode-compensator
RU2094965C1 (en) Power supply system for plasma source with nonincandescent compensating cathode
JPS5853460B2 (en) Hollow cathode discharge device
JPH08232824A (en) Discharging gap means for ignition, ignition distributing means, sheathed glow plug, coil type glow plug, discharging gap means for ignition, and ignition distributing means
JPH10511755A (en) Ignition device
RU2139590C1 (en) Cathode unit
RU2219683C2 (en) Plasma source and its operating process
RU2045102C1 (en) Plasma emitter of ions

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20041006