- площа емісійних отворів; і а - середня щільність атомів у розрядної камері; Q t - перетин іонізації; L - довжина розрядної камери; S n - повна площа бічної поверхні джерела.
Енергетична ціна прискореного іона
В
Разрядний струм в прямій дузі можна прийняти рівним струму первинних електронів
В
Для іонного джерела на основі прямої дуги характерні наступні середні величини, що входять у формулу (2.17) Ф а В«= 30 В;В« а == 5-10 В»м ' 3 , Qi = 2-10В» 20 м 2 , L = 0,1 м, SJS 0 = 10. Знаходимо
В
Це значення майже на порядок більше, ніж вимагається для ЕРД. Низька енергетична ефективність іонного джерела на основі прямої дуги пояснюється тим, що в цьому джерелі стикається з атомами і здійснює іонізацію лише порівняно невелика частка первинних електронів. Так, при зазначених вище значеннях довжина вільного пробігу первинних електронів дорівнює одному метру і на порядок перевищує відстань між анодом і катодом. У результаті тільки близько 14% первинних електронів робить іонізацію., Іншим недоліком розглянутого іонного джерела, як елемента ЕРД, є застосування в ньому магнітного поля кілоерстедного діапазону, що ускладнює конструкцію і експлуатацію двигуна.
Таким чином, проведений аналіз показав, що розроблені до початку 60-х років іонні джерела наземних установок не могли бути безпосередньо використані в ЕРД, Однак деякі фізичні принципи і технічні рішення, реалізовані в наземних джерел, доцільно було використовувати і в ЕРД.
Газорозрядні іонні джерела для ЕРД повинні мати можливо більш низьку енергетичну ціну іона в пучку, створюючи іонний струм, щільність якого відповідає пропускній здатності іоннооптіческой системи при заданій швидкості закінчення іонів. Щоб отримати низьку ціну іона, доцільно застосовувати газорозрядні системи, в яких довжина вільного пробігу первинних електронів до їх зіткнення з атомами або потрапляння на анод істотно перевищує довжину міжелектродного проміжку. У таких системах ефективність використання первинних електронів, які виробляють іонізацію, істотно підвищується в порівнянні, наприклад, з джерелами на основі прямої дуги, і енергетична вартість іона в пучку знижується.
До теперішнього часу найбільш вивчений іонний джерело на основі розряду з осцилюючими електронами, запропонований Г. Кауфманом. Розглядається також іонний джерело з катодного розрядної камерою і малої відносної площею анода [10].
Іонний джерело з осцилюючими електронами і витяганням іонного пучка вздовж магнітного поля схематично зображено на рис. 2.1. У циліндричної розрядної камері 3 розміщується дротяний катод 1 (у сучасних конструкціях застосовується також порожнистий катод) і циліндричний анод 2. Торцеві кришки камери (формуючий електрод 5 і парораспределітель) та її циліндричні стінки підтримуються під катодним потенціалом. За допомогою котушки 4 електромагніта в розрядному об'ємі створюється осьовий магнітне поле напруженістю в кілька десятків Ерстед.
Первинні електрони, що емітуються катодом 1, розташованим поблизу осі камери, і прискорені в прікатодном шарі розряду, рухаються в розрядному обсязі по спіральних траєкторіях, відбиваючись від торцевих поверхонь, що мають катодний потенціал (осцилюють в розрядному об'ємі). Величина магнітного поля вибирається такий, щоб прямий догляд первинних електронів на анод, що має велику поверхню по найбільш короткому шляху між катодом і анодом, був виключений. Ця умова виконується, якщо ларморовскім радіус первинного електрона менше радіуса розрядної камери.
У розглянутому джерелі розрядна напруга вибирається з умови, щоб енергетична ціна іонообразованія була мінімальною і іони володіли невеликою енергією, при якій катодного розпилення елементів джерела було б мінімальним. Розрядна камера повинна мати завдовжки, достатню для іонізації з високою ймовірністю атомів робочої речовини, що пролітають розрядний об'єм. В описаних в літературі джерелах розрядна напруга приймалося рівним 20 - 50 В залежно від характеристик робочої речовини, а довжина - 0,5 - 1,0 діаметра камери. p> Поряд з іонним джерелом зі слабким магнітним полем (типу джерела, запропонованого Г. Кауфманом) розглядаються джерела з сильним периферійним магнітним полем, так званої зубчастої конфігурації (рис. 2.11). Вздовж бічної циліндричної поверхні Встановлюється кілька рядів постійних магнітів, виготовлених, наприклад, з самарий-кобальтового сплаву. Сусідні магніти звернені в камеру різними полюсами, в результаті чого вздовж циліндричної стінки створюється місцеве сильне магнітне поле зубчастої або арочної конфігурації, яке захищає бічні стінки джерела В° т первинних електронів (індукція магнітного поля близько декількох кілогаусс н...
