Экспериментальное исследование технологического ускорителя с анодным слоем "Радикал" без катода-компенсатора - page 3

Для повышения КПД ДАС часто делают двухступенчатыми, при этом
первая ступень служит для ионизации рабочего тела, вторая — для
ускорения ионов. Типичная схема двухступенчатого ДАС D-100 при-
ведена на рис. 2, а (катод-компенсатор не показан) [3, 4]. Так как ДАС
создавали как двигатели малой тяги для космических аппаратов, то
разработчики уделяли большое внимание их энергетическому совер-
шенству. Массовый КПД (коэффициент использования рабочего газа )
достигал в ДАС 80–90 %, а доля ионного тока в полном токе разряда
составляла 85–95 %, тяговый (энергетический) КПД достигал 65–75 %
[5–9]. Как оказалось, в источнике ионов “ Радикал” эти параметры зна -
чительно ниже: массовый КПД не выше 15 %, доля ионного тока в
полном токе разряда не выше 50 %, тяговый КПД менее 7,5 %.
В УАС реализован принцип бездиссипативного ускорения ионов са -
мосогласованным электромагнитным полем [2]. Как видно из рис . 1, а
и 2, а, ускорительным каналом в УАС служит кольцевой зазор между
полюсами магнитной системы, ограниченный с одной стороны ано-
дом. Магнитная система создает в кольцевом канале радиальное маг -
нитное поле В , перпендикулярное электрическому полю Е , направлен -
ному вдоль оси канала. Электроны, подвижность которых поперек маг -
нитного поля сильно ограничена, медленно двигаются к аноду. Ионы
поступают в канал со стороны анода и ускоряются, не испытывая воз -
действия магнитного поля. Полюса магнитной системы являются про-
водниками и находятся под потенциалом катода. Вакуумная камера и
полюса магнитной системы находятся под одним потенциалом.
В исследуемом ускорителе средний радиус кольцевого зазора соста -
вляет D = 100 мм, ширина межполюсного зазора Н = 4 мм, толщина
полюсов L = 6 мм, расстояние от среза полюсов до анода S = 5 мм .
Распределение радиальной составляющей магнитного поля вдоль кана-
ла показано на рис. 1, б. В качестве рабочего газа использовался аргон .
Величина магнитного поля в зазоре составляет 0, 08 . . . 0, 12 Тл. Плот-
ность разрядного тока j достигает 10 . . . 14 mA/ см2 .
Выбранный для сравнения ДАС D-100 (см. рис. 2, а) [З, 4] может
работать как в двухступенчатом, так и в одноступенчатом режиме на
различных газах (ксенон, криптон, аргон). Средний диаметр кольце-
вого зазора составляет D = 100 мм, ширина межполюсного зазора
Н = 8 мм. Распределение радиальной составляющей магнитного поля
вдоль канала показано на рис. 2, б. Величина магнитного поля в зазо -
ре составляет 0, 1 . . . 0, 3 Тл. Плотность разрядного тока j достигает
300 . . . 500 mA/ см2.
Основными параметрами, характеризующими энергетическое со-
вершенство ускорителя, являются массовый КПД ηm и тяговый КПД ηt ,
76 ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана . Сер. “Машиностроение”. 2004. № 3