空心阴极微推力器研究进展

空心阴极微推力器是一种通过空心阴极放电产生高密度的等离子体,并将其喷出产生相应推力的电推力器,具有体积小、结构简单、研制难度小、成本低的优点,非常适合作为微小卫星的电推进系统。概述了空心阴极微推力器的系统组成和工作原理,介绍了国内外空心阴极微推力器的研究进展和发展现状,分析了不同结构的空心阴极微推力器的性能参数和特点,并对其关键技术及发展趋势进行了初步讨论。     

空心阴极结构电子枪的初始放电过程研究

使用OOPIC Pro粒子模拟软件仿真和再现了空心阴极类结构的初始放电过程,得到了初始放电过程不同时刻的电子和离子的相空间分布规律以及电势分布规律。研究结果表明:空心阴极类结构的初始放电过程符合虚阳极移动理论,空心阴极效应的产生是虚阳极在阴极内部移动和扩展的结果。由于空心阴极电子枪结构中微孔的阻挡作用,虚阳极的移动和扩展过程在空心阴极电子枪中非常明显。     

基于LaB_6光电阴极的光触发赝火花电子束源实验研究

以改善空心阴极放电的性能,提高放电产生的电子束为目标,设计了光触发多电极赝火花放电腔装置。光触发用的光电阴极材料选取低功函数的LaB_6材料,并以Cu为基底材料加工制作了赝火花放电装置中的核心部件——空心阴极腔。光触发放电实验结果显示,LaB_6阴极提高了赝火花光触发模式下放电的稳定性和可控性。电子束测量结果表明,相同放电电压下,LaB_6阴极中产生的电子束束流峰值与同等实验条件下的Cu阴极相比,提高了53.6%～92%;而与此同时,电子束的半高宽只改变了10.7%～18.2%。本论文中的实验结果证实了LaB_6作为触发材料能够有效的加强空心阴极腔内的气体电离,从而改善光触发放电的性能。LaB_6作为阴极腔材料,促进了空心阴极腔和极间的等离子体形成和发展,显著提高了放电所产生的电子束电流密度,同时并未引入过多的能量损耗过程和低速低能量电子。     

He-CdⅡ笛型空心阴极白光激光器中空心阴极放电的研究

本文从理论上分析了He气的空心阴极放电伏安特性,所得结果与实验数据符合较好;讨论了He-CdⅡ笛型空心阴极白光激光器的伏安特性;初步探讨外贮Cd时Cd蒸汽在激光器中的扩散流动。     

射频空心阴极放电中电子加热机制的实验研究

在氩气环境下对射频驱动下空心阴极的放电特性进行了实验研究,得到了不同工作条件下射频空心阴极放电中的电子密度、电子能量几率分布函数等结果。研究结果表明,相比于平板电极容性耦合射频放电,空心结构电极的射频放电能获得更高的电子密度。在形成空心阴极效应后,等离子体密度随电压、气压的升高而增大。通过EEPF进一步分析了射频空心阴极放电电子加热机制随p D值、工作电压的变化。发现当p D增加时,射频空心阴极放电中电子加热机制从以振荡鞘层对高能电子的随机加热为主逐渐转变为对等离子体中电子的欧姆加热为主;当逐渐提升电压时,电子本身获得能量机制则由开始的欧姆加热转到了向后来的随机加热。     

双辉渗金属放电效应及电极结构设计原理

介绍了双层辉光离子渗金属技术的基本原理和技术特点,源极、阴极及辅助阴极设计的基本原则,离子渗金属的两种放电模式及其产生的效应,总结了渗金属电极几何结构设计原理.双层辉光离子渗金属技术主要有3个技术特点:固体材料的阴极溅射、形成有利溅射和扩散的高温条件和增加等离子放电的空心阴极效应.其放电模式为:独立放电模式和空心阴极放电模式.源极和阴极设计原则依据双层辉光离子渗金属的特点和放电模式,为"仿形"原则.     

HCD电子枪的束流特性及浸没透镜效应

本文提出了在设计空心阴极离子放电电子枪（Ｈｏｌｌｏｗ Ｃａｔｈｏｄ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｇｕｎ）中，阴极与辅助阳极所形成的浸没透镜效应，近而用该效应对电子束的会聚作用，代替辅助阳极外部的电磁聚焦极。通过理论分析和实际验证表明，既满足了电子光路系统的要求，又简化了枪体结构，便于操作，降低成本。并对空心阴极等离子区的形成特征进行了描述，以及讨论了在设计ＨＣＤ枪中遇到的几个问题。     

用于电子轰击式汞离子推力器空心阴极的实验研究

本文叙述了空心阴极在电子轰击式汞离子推力器中的功能、推力器对空心阴极的要求。给出了阴极材料、结构、工艺及某些实验结果:即空心阴极的真空发射性能;阴极的放电形式及其伏安特性;阴极点火电压与阴极温度及通过阴极汞流率的关系,稳定放电时离子轰击阴极的加热特性。     

不同流率下空心阴极内中性气体压力测试研究

空心阴极为热电子发射电真空器件,其加热方式与空心阴极内部气体压力密切相关。以研制的LHC-5型空心阴极为研究对象,对非工作状态下的空心阴极入口气压进行了测试。实验结果表明:空心阴极入口气压随通入的气体流率的增大而增大;室温下,当通入的氙气流率不大于0.68 mg/s时,空心阴极入口气压在1 000 Pa以下;当通入氙气流率为0.136 mg/s时,空心阴极入口气压约为165 Pa,对应的中性气体密度约为4.0×10~(22)m~(-3)。     

石墨触持极空心阴极性能实验研究

空心阴极触持极溅射腐蚀会导致离子推力器性能退化甚至失效,为确保离子推力器长期工作性能稳定性,触持极材料应选用溅射腐蚀速率尽可能低的材料。开展不同触持极结构对空心阴极放电性能的影响研究。最后,进行了1 000 h短期地面寿命实验。实验结果表明,石墨触持极空心阴极放电性能稳定,长期工作触持极表面的溅射腐蚀不明显,能够有效避免空心阴极长时间工作后因触持极溅射腐蚀导致的性能退化。     

低气压下空心阴极辉光放电等离子体的特性

为掌握10-2Pa～10-3Pa的低气压、磁场条件下空心阴极辉光等离子体的特性及其与常规辉光放电伏安特性的区别,我们对其伏安特性和电子密度进行了测量。实验结果表明:低气压、磁场条件下空心阴极辉光放电的整个过程可分为三个不同阶段,即随着电流的增大,依次为起辉阶段、空心阴极放电阶段和反常辉光放电阶段。其中,起辉阶段与空心阴极放电阶段的伏安特性与常规辉光放电的伏安特性曲线不同,而反常辉光放电阶段类似。实验证实了电子密度随电流增大而增大的关系,实验结果表明,在轴线方向上,阳极附近的电子密度大于阴极附近的;在与轴线垂直的平面上,电子密度差别不大。     

空心阴极放电稳定性试验研究

为研究空心阴极在起弧、稳态及熄弧等三个关键过程的放电特性从而改善地面测试试验中供电电源与空心阴极的匹配性,搭建了实验平台进行了试验研究,获得了这三个过程中阴极的典型伏安特性曲线。对阴极组件起弧及稳态工作过程进行监测,通过动态回路平衡方程确定了使用稳压稳流电源时系统的稳态工作点,并通过试验验证了空心阴极在不同流率点下放电特性的变化情况。最后对空心阴极熄弧过程的伏安特性进行了研究,通过拉偏测试试验确定了维持阴极自持放电的最小维持功率。结果表明:空心阴极与供电电源构成的系统具有两个工作点,阴极在起弧至稳态工作过程中将跨过首个工作点并最终稳定在在阻抗更小的工作点上。阴极的稳态工作伏安特性呈现为典型的负阻特性,适当增大气体流量和发射电流可以提升发射效率。维持LHC-5L型BLa_6阴极稳态放电所需最低输入功率为14 W,维持功率低于该值时空心阴极将熄弧。     

空心阴极在空间技术中的应用

空心阴极在空间技术中有广泛用途,本文介绍了空心阴极的工作特点,工作原理,并在此基础上综述了空心阴极在离子推力器、霍尔推力器、电动力学系绳、航天器电位控制、空心阴极微推力器的应用,最后就加快发展空心阴极技术提出意见.     

空心阴极等离子体与热耦合模型研究进展

空心阴极作为高效率的宇航级电子源,被广泛应用于空间电推进系统和航天器主动电位控制系统。研究空心阴极等离子特性与热特性的耦合过程,对于提高空心阴极效率和延长其寿命具有重要意义。通过分析空心阴极等离子体与热耦合模型和空心阴极参数测量方法的特点,建议先研究空心阴极零维等离子体与热耦合模型,初步满足空心阴极研制的仿真分析需求,再发展空心阴极二维等离子体与热耦合模型,逐步提高空心阴极仿真分析水平。     

离子氮化技术的研究进展

离子氮化具有工件变形小、渗速快、节能环保等优点,能有效提高金属零部件的表面硬度、耐磨损和耐腐蚀等性能。然而受气体放电特性和电场效应的影响,工件形状对表面温度的均匀性影响很大,出现表面打弧、边缘效应和空心阴极效应等问题。为了克服传统直流离子渗氮的缺点,近年来出现了一些射频离子氮化、等离子体浸没离子注入、活性屏渗氮以及空心阴极氮化等新技术。     

离子发动机空心阴极寿命预测

为验证空心阴极的寿命,本文根据空心阴极LaB6发射体的损耗特点,采用数学建模方法对空心阴极的寿命进行了预测.预测结果表明兰州物理研究所研制的空心阴极工作在额定状态下(发射电流5.00 A),其寿命可达到40000 h以上.3500 h寿命试验后空心阴极解剖分析结果初步验证了预测模型的正确性.     

离子发动机空心阴极失效形式分析

空心阴极是离子发动机关键部件,研究其失效形式,对提高离子发动机的可靠性有重要意义.介绍了离子发动机空心阴极的工作原理,分析离子发动机空心阴极的主要失效形式,并根据分析结果,提出了一系列提高离子发动机空心阴极可靠性的途径.     

C12A7空心阴极研究进展

C12A7电子化合物因具有较低的逸出功和优良的化学稳定性备受电推进领域关注.介绍了这种新型发射体材料的特性,回顾了国内外C12A7空心阴极的试验结果和研究进展,分析了C12A7空心阴极存在的问题和关键技术,并对其应用前景和未来的发展方向进行了讨论.     

电推进系统空心阴极热特性研究进展

阐述了电推进系统空心阴极热特性研究的重要性以及目前国内外研究进展,并且进一步介绍了空心阴极热特性分析方法的发展前景和存在的主要技术难题,能够对未来空心阴极热场分析的发展提供借鉴和参考价值。     

双层辉光离子渗金属电极结构的研究

通过对双层辉光离子渗金属技术的基本电极结构研究认为：电极结构可分为平板型、空心阴极型、不等电位空心阴极型和复合型等四种形式；通过实验证实，管状零件内表面离子渗金属的电极结构是正确的。