Диэлектрический разделитель тракта подачи рабочего тела источников ионов и электронов



Диэлектрический разделитель тракта подачи рабочего тела источников ионов и электронов
Диэлектрический разделитель тракта подачи рабочего тела источников ионов и электронов
H05H1/54 - Плазменная техника (термоядерные реакторы G21B; ионно-лучевые трубки H01J 27/00; магнитогидродинамические генераторы H02K 44/08; получение рентгеновского излучения с формированием плазмы H05G 2/00); получение или ускорение электрически заряженных частиц или нейтронов (получение нейтронов от радиоактивных источников G21, например G21B,G21C, G21G); получение или ускорение пучков нейтральных молекул или атомов (атомные часы G04F 5/14; устройства со стимулированным излучением H01S; регулирование частоты путем сравнения с эталонной частотой, определяемой энергетическими уровнями молекул, атомов или субатомных частиц H03L 7/26)

Владельцы патента RU 2684166:

Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский центр имени М.В. Келдыша" (RU)

Изобретение относится к средствам подачи рабочего тела (РТ) источников ионов и электронов и может быть использовано в пневматических трактах подачи РТ плазменным ускорителям и системам плазменного напыления, а также применяться в масс-спектрометрах и ионных микроскопах. Диэлектрический разделитель содержит удлиненный корпус из электроизоляционного материала с соединительными элементами на концах и продольным каналом, заполненным диэлектрическим неорганическим материалом с открытой пористостью, при этом по длине канала расположены поперечные сетки, препятствующие перемещению материала. Техническим результатом является повышение электрической прочности, а также возможность установки необходимого количества секций, формируемых сетками, подбора длины диэлектрического корпуса диэлектрического разделителя тракта подачи рабочего тела источников ионов и электронов между соединительными элементами, находящимися под напряжением. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к средствам подачи рабочего тела (РТ) источников ионов и электронов и может быть использовано в пневматических трактах подачи РТ электроракетных двигателей и систем плазменного напыления, а также применяться в масс-спектрометрах и ионных микроскопах.

Надежное функционирование таких высоковольтных устройств достигается за счет обеспечения необходимой электрической изоляции, т.е. электрической прочности, разделяемых электрических цепей, находящихся под большой разностью потенциалов (1-10 кВ), что исключает возникновение искрового пробоя при течении газа вдоль системы подачи РТ.

Существует два пути решения проблемы возникновения искрового пробоя: первый - это увеличение межэлектродного зазора, что приводит к снижению напряженности электрического поля Е, второй - создание условий, при которых заряженные частицы не смогут набрать энергию, необходимую для ионизации атомов рабочего тела, таких как ксенон и аргон, например, за счет увеличения числа столкновений заряженных частиц со стенками газового тракта.

В уровне техники известен диэлектрический разделитель тракта подачи рабочего тела RU 2410742 C1, опубл. 27.01.2011. Принцип работы устройства, раскрытого в данном источнике, состоит в электрическом разделении двух частей устройства, находящихся под разными высокими потенциалами, диэлектрическим изделием, способным пропускать через себя рабочее тело, не допуская при этом его утечки. Недостаток указанного изобретения заключается в том, что оно не обеспечивает необходимую защиту от пробоев при разнице потенциалов выше 1000 В между разделяемыми трактами.

В качестве прототипа выбран диэлектрический разделитель тракта подачи рабочего тела, описываемый в статье Bruce A. Banks et al, «Ultra High Voltage Propellant Isolators and Insulators for JIMO Ion Thrusters», American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2004-3815. Устройство представляет собой канал из электроизоляционного материала с соединительными элементами на его концах, внутри которого находится диэлектрический неорганический материал с открытой пористостью. Данный тип изолятора основан на принципе снижения длины свободного пробега заряженных частиц и снижения напряженности электрического поля за счет увеличения расстояния между электродами. Недостатками развязок такого типа являются высокое гидравлическое сопротивление и массогабаритные размеры устройства. Кроме того, при изготовлении высоковольтного изолятора магистрали рабочего тела порошок спекают при высоких температурах порядка 1500-2000°C. Это необходимо для конструкционной прочности изделия, препятствующей высыпанию порошка, но полученное устройство в свою очередь имеет высокое гидравлическое сопротивление.

Задача настоящего изобретения состоит в создании устройства, способного разделять находящиеся под разностью потенциалов в 1-10 кВ детали диэлектрическим изделием, пропускающим рабочее тело, и лишенного при этом недостатков прототипа.

Технический результат заключается в повышении электрической прочности и высокой технологичности предлагаемого устройства.

Данный результат достигается в диэлектрическом разделителе тракта подачи рабочего тела источников ионов и электронов, содержащем удлиненный корпус из электроизоляционного материала с соединительными элементами на концах и продольным каналом, заполненным диэлектрическим неорганическим материалом с открытой пористостью, за счет расположения по длине канала поперечных сеток, препятствующих перемещению материала.

В примере осуществления устройства диэлектрический неорганический материал с открытой пористостью представляет собой керамическую вату.

Установка в канале поперечных сеток, ограничивающих свободное перемещение диэлектрического неорганического материала с открытой пористостью, в конкретном примере керамической ваты, позволяет избавиться от дополнительного технологического процесса спекания, также сохраняется возможность заполнить равномерно без зазоров корпус по сечению канала, более того использование указанного материала без спекания снижает гидравлическое сопротивление.

Поперечные сетки распределяют потенциал по диаметру канала, тем самым падает напряженность поля, что повышает электрическую прочность изделия, помимо этого, можно установить необходимое количество секций, формируемых сетками, подбирая также длину диэлектрического корпуса между соединительными элементами, находящимися под напряжением.

Таким образом, достигается указанный технический результат, а именно повышается электрическая прочность и технологичность предлагаемого устройства.

Сущность изобретения поясняется на фиг.

Диэлектрический разделитель тракта подачи рабочего тела источников ионов и электронов содержит удлиненный корпус 3 из электроизоляционного материала, например, керамики на основе оксида алюминия, оксида циркония, оксида кремния, нитрида бора, оксида циркония, пластмасс, органического стекла, фторопласта или резины. В качестве удлиненного корпуса могут выступать трубка, стержень, капилляр и другие элементы различных вытянутых форм, т.е. у которых длина значительно больше ширины и высоты, и поперечных сечений, в которых есть или может быть выполнено продольное отверстие.

Продольное отверстие в корпусе 3, в частности осевое, в рамках данной заявки называется каналом, по которому проходит РТ. Канал может иметь различное сечение, но преимущественным вариантом реализации является круглое. По длине канала установлены мелкоячеистые поперечные сетки 7, например, из металла или графита толщиной около 0.1-0.2 мм, разделяющие диэлектрический неорганический материал 4 с открытой пористостью. В качестве указанного материала может использоваться керамическая вата, порошок оксида алюминия, порошок оксида кремния, оксид циркония, порошок нитрида бора и др. виды материалов. Сетки 7 разделяют массы материала 4 между собой, не допуская его перемещение - пересыпание из одной формируемой сетками 7 секции корпуса 3 в другую. Исходя из этого условия, подбирается размер ячеек сеток. На концах корпуса 3 перед соединительными элементами также должны быть установлены элементы, предотвращающие выпадение материала 4 из корпуса 3, что очевидно для специалиста в данной области техники. В качестве таких элементов могут выступать те же сетки 7.

Расположенные по длине канала поперечные сетки 7 держатся в нем за счет сил трения и дополнительно фиксируются наполняющим канал материалом 4. Так сетки 7 разделяют диэлектрический неорганический материал 4 с открытой пористостью, обеспечивая деление потенциала за счет накопления заряда на сетках 7, что приводит к снижению напряженности электрического поля в межсеточном зазоре. Число сеток 7 подбирается таким образом, чтобы падение потенциала между ними было меньше минимума кривой Пашена.

Материал 4 предотвращает возникновение лавинного пробоя, создавая гидравлическое сопротивление для протекающего газа и тем самым повышая давление Р в канале корпуса. Кроме того, материал 4 повышает число столкновений, снижая энергию заряженных частиц.

Соединительные элементы 1-2, 5-6 на концах корпуса могут быть изготовлены из металла, резины или пластмассы. На фиг. показаны в качестве примера соединительных элементов манжеты 2 и 5, которые припаиваются к корпусу 3, и штуцеры 1 и 6, которые припаиваются к манжетам 2 и 5 соответственно.

Предлагаемое решение работает следующим образом.

Рабочее тело, такое как ксенон (Хе), проходит через полость крепежного элемента 1 и 2 в полость корпуса 3 протекает через диэлектрический неорганический материал с открытой пористостью 4 и сетки 7, где происходит деление потенциала между сетками и в конечном счете - между крепежными элементами 1-2 и 5-6 диэлектрического разделителя тракта подачи рабочего тела и поступает через крепежные элементы 5,6 потребителю.

В результате испытаний экспериментальных образцов, имеющих корпус в виде керамической трубки, канал которой заполнен в одном случае керамической ватой, а в другом порошком оксида алюминия, ограниченных в перемещении по концам канала и по его длине сетками из стали 12Х18Н10Т, была подтверждена возможность разделять находящиеся под разностью потенциалов в 1-10 кВ элементы тракта подачи рабочего тела электроракетных двигателей. Изобретение может также использоваться в системах плазменного напыления, в масс-спектрометрах и ионных микроскопах.

Таким образом, предлагаемое решение найдет широкое применение в высоковольтных источниках ионов и электронов, т.к. обеспечивается повышенная электрическая прочность и технологичность изделия.

1. Диэлектрический разделитель тракта подачи рабочего тела источников ионов и электронов, содержащий удлиненный корпус из электроизоляционного материала с соединительными элементами на концах и продольным каналом, заполненным диэлектрическим неорганическим материалом с открытой пористостью, отличающийся тем, что по длине канала расположены поперечные сетки, препятствующие перемещению материала.

2. Диэлектрический разделитель по п. 1, отличающийся тем, что диэлектрический неорганический материал с открытой пористостью представляет собой керамическую вату.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ионно-плазменному, или ионному электроракетному двигателю, используемому для управляемого перемещения летательных аппаратов в космическом вакууме, в том числе орбитальных спутников.

Изобретение относится к средствам разделения многокомпонентных смесей на элементы путем масс-сепарации. Предусмотрены создание в двухкамерном плазменном ускорителе аксиально-симметричного плазменного потока, компенсированного по пространственному заряду, подача на анод плазменного ускорителя положительного электрического потенциала UA1, задающего энергию ионов, подача на катод - выходной электрод плазменного ускорителя нулевого электрического потенциала, создание в области азимутатора поперечного скорости плазменного потока магнитного поля, проходя через которое ионы приобретают азимутальную скорость и разделяются по массам.

Изобретение относится к дуговым плазменным горелкам. Сопло дуговой плазменной горелки расположено симметрично относительно оси сопла и содержит сопловое отверстие, отцентрированное относительно оси сопла и имеющее боковую стенку по существу цилиндрической формы, газонаправляющую поверхность, расположенную симметрично относительно оси сопла и охватывающую указанное отверстие и вход, соединяющий указанную газонаправляющую поверхность с указанной боковой стенкой отверстия.

Изобретение относится к области исследования ударной сжимаемости и оптических свойств материалов за сильными ударными волнами при числах Маха более 5. Устройство ударного сжатия малоплотных сред посредством формирования квазистационарного Маховского режима отражения от оси содержит цилиндрический пустотелый заряд взрывчатого вещества, инициируемый гиперзвуковой по отношению к ВВ системой последовательного инициирования.

Изобретение относится к области плазменной техники. Система охлаждения высоковольтного электродугового плазмотрона содержит в одном варианте три электродных узла, каждый из которых содержит цилиндрический полый электрод с катушкой, три составных металлических патрубка, образующих три дуговых канала, каждый из которых соединен с соответствующим полым электродом через изолирующую втулку, а металлические патрубки каждого дугового канала соединены между собой посредством дополнительной изолирующей втулки.

Изобретение относится к способам генерации широкополосного оптического излучения с высокой спектральной яркостью и представляет интерес для приложений в микроэлектронике, спектроскопии, фотохимии, медицине и других областях.

Группа изобретений касается области санитарии и может быть использовано для стерилизации жестких контейнеров или их содержимого. Стерилизационный аппарат (100) содержит: резервуар (110), образующий герметичную емкость (110), который может заполняться изолирующим материалом или жидкостью, расположенные внутри резервуара (110) эластичный канал (116) или выемку, причем данная выемка включает в себя жидкостную деформацию изолирующего материала в соответствии с формой контейнера целевого назначения и проходит по меньшей мере частично сквозь герметичный резервуар, таким образом образуя отверстие, через которое контейнер (114), подлежащий стерилизации, может помещаться внутрь, группу электродов (118, 120), расположенных вокруг эластичного канала (116) или выемки, через которые может подаваться переменный ток высокого напряжения.

Изобретение относится к средствам регулирования подачи защитной жидкости в плазменной горелке. Защитный элемент подачи жидкости для плазменной горелки включает в себя тело, имеющее внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, и компонент для регулирования подачи жидкости, расположенный в окружном направлении внутри тела и в непосредственном контакте с внутренней поверхностью тела.

Изобретение относится к области исследования физических свойств вещества, в частности к исследованию процессов в плазме и в газоразрядных приборах, между анодом и катодом в которых при фиксированном расстоянии между ними подается напряжение.

Изобретение относится к электрофизическим устройствам, предназначенным для использования в области медицины и биологии, а также в санитарии, и может быть использовано для обеззараживания или стерилизации.

Изобретение относится к области плазменной техники, а именно в катодах-компенсаторах, работающих на газообразных рабочих телах, и может быть использовано в электрореактивных двигателях для нейтрализации ионного потока, а также в технологических источниках плазмы, предназначенных для ионно-плазменной обработки поверхностей различных материалов в вакууме, а также в качестве источника плазмы. Технический результат - увеличение ресурса и повышение надежности работы. Плазменный полый катод содержит полую капсулу 1 с торцевой стенкой 2 и сквозным выходным отверстием 3, внутри которой размещен эмиттер 4, входной патрубок 5 и пусковой электрод 6, эмиттер выполнен с несквозной рабочей полостью и с по меньшей мере одним дроссельным каналом 7 прохода рабочего тела. Участки внешней поверхности эмиттера 8 и внутренней поверхности полой капсулы 9 выполнены конусообразной формы, при помощи которых они сопряжены между собой. Между наружной цилиндрической частью поверхности эмиттера и внутренней цилиндрической частью поверхности полой капсулы, а также между эмиттером и торцевой стенкой полой капсулы образованы барьерные зазоры 10 и 11. Участки сопряжения внешней поверхности эмиттера с внутренней поверхностью полой капсулы предпочтительней отдалить от сквозного выходного отверстия. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к средствам подачи рабочего тела источников ионов и электронов и может быть использовано в пневматических трактах подачи РТ плазменным ускорителям и системам плазменного напыления, а также применяться в масс-спектрометрах и ионных микроскопах. Диэлектрический разделитель содержит удлиненный корпус из электроизоляционного материала с соединительными элементами на концах и продольным каналом, заполненным диэлектрическим неорганическим материалом с открытой пористостью, при этом по длине канала расположены поперечные сетки, препятствующие перемещению материала. Техническим результатом является повышение электрической прочности, а также возможность установки необходимого количества секций, формируемых сетками, подбора длины диэлектрического корпуса диэлектрического разделителя тракта подачи рабочего тела источников ионов и электронов между соединительными элементами, находящимися под напряжением. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх