ентальних досліджень пористих іонізаторів показали, що найкращими показниками володіють зразки, виготовлені з вольфрамового порошку з невеликим розкидом діаметрів сферичних зерен. Щільність іонного струму, що генерується такими джерелами, може досягати 50 - 100 мА/см.
Фізична картина процесів в пористих іонізаторах вельми складна, і існуючі теоретичні уявлення не дозволяють описати її в цілому. Окремі фрагменти теорії пористих іонізаторів розглядаються в ряді робіт, наприклад [25]. Об'єм книги не дозволяє зупинятись на викладі сучасних теоретичних уявлень. Та і контактні іонні джерела в останні роки не знаходять практичного застосування в роботах з електроракетних двигунам. Найбільша увага приділяється зараз газорозрядним іонним джерелам
Іонний джерело на основі розряду з осцилюючими електронами
На початок інтенсивних досліджень в області ЕРД (шістдесяті роки нашого століття) були розроблені газорозрядні іонні джерела для наземних фізичних і технологічних установок: прискорювачів заряджених частинок, мас-спектрометрів, установок для розділення ізотопів, протонних мікроскопів і інших пристроїв. Серед них найбільш високими показниками мали дуоплазматрон і джерело на основі прямої дуги. Природно, перш за все були розглянуті можливості застосування цих джерел у ЕРД.
Пристрій дуоплазматрона схематично показано на рис. 2.9. Між катодом 1 і анодом 2 запалюється низьковольтний дугового розряд, на шляху якого розташований допоміжний електрод 3 з отвором невеликого діаметру (Капіляром), що знаходиться під проміжним потенціал. Електроди 2 і 3 є одночасно полюсами магніту, і в зазорі між ними створюється сильне магнітне поле бочкообразной конфігурації. Спільне механічне і магнітне стиск дуги призводить до її концентрації в малому обсязі, де відбувається інтенсивна іонізація робочої речовини, що подається через допоміжний електрод, і утворюється щільна плазма. Для дуоплазматрона характерні високі щільності іонного струму (до 100 А/см 2 в площині анодного отвору) при порівняно невеликих повних токах (до 250 мА). Коефіцієнт використання робочої речовини при цьому може досягати 0,95.
Безпосереднє використання дуоплазматрона і ЕРД НЕ представляється можливим, оскільки щільність створюваного ним іонного струму на два-три порядки вище тієї, яка відповідно до закону Ленгмюра-Богуславського може бути реалізована в іонно-оптичної системі ЕРД, де прискорює напруга становить зазвичай не більше 10 4 - 10 5 В, виходячи з умови одержання оптимальної швидкості витікання робочої речовини 50 - 100 км/с. br/>В
Рис. 2.9. Дуоплазматрон:
1 - катод, 2 - анод, 3 - допоміжний електрод
Якщо ж для усунення зазначеного невідповідності щільність іонного струму в дуоплазматроне зменшити на один-два порядки, то це при - веде до істотного зниження його енергетичної ефективності та коефіцієнта використання робочого речовини. Недоліки дуоплазматрона у разі застосування в ЕРД - також мала відносна площа іонного пучка (перетин іонного пучка, віднесене до поперечного перерізу дуоплазматрона) і наявність муздрамтеатру, нагрівається дуговим розрядом.
У іонному джерелі на основі прямої дуги (рис. 2.10) робоче речовина іонізується в циліндричній розрядній камері 1, вміщеній в поздовжнє магнітне поле напруженістю в кілька кілоерстед (напрям поля вказано стрілкою 2). У торцях розрядної розміщення камер термокатодом 3 та анод 5. Термокатодом у вигляді парал-лепіпеда йди циліндра (зазвичай з вольфраму) нагрівається електронами, емітуються дротяним катодом 4. Стінки розрядної камери підтримуються, як правило, під потенціалом анода. У передній стінці камери є кілька щілин 6 для вилучення іонів, а з діаметрально протилежного боку розташовується газорозподільник 7, через який робочий газ подається в камеру.
Електричний розряд в джерелі являє собою так звану пряму дугу. Електрони, що емітуються катодом і прискорені в катодному шарі розряду, замагнічени (і> е т е > 1) і рухаються вздовж розрядної камери, проходячи в середньому шлях порядку її довжини, після чого потрапляють на анод. Ці первинні електрони в основному і іонізують атоми робочого речовини. Утворені іони при використовуються в джерелі магнітних полях виявляються незамагніченнимі (зі ^ т; <1) і вільно йдуть на стінки розрядної камери.
Розглянутий іонний джерело по своїх геометричних параметрах і по щільності генерованого іонного струму задовольняє вимогам ЕРД. Однак його недоліком у випадку застосування в ЕРД є низька енергетична ефективність.
Оцінимо енергетичну ціну прискореного іона з, - в іонному джерелі на основі прямої дуги. Покладемо, що іонізацію проводять тільки первинні електрони і що утворюються іони р изотропно. При цьому іонний струм, генерований/; - джерелом, визначається за формулою
В
де 1 е0 - струм первинних електронів; S o...
