空心阴极

摘要： 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。

摘要： 针对小功率霍尔推力器,研究了不同磁场、阳极电流和阳极流量条件下空心阴极放电振荡与霍尔推力器阳极放电振荡之间的关系。采用快速傅里叶变换对空心阴极、阳极放电特性及特征频率进行了分析,对单独空心阴极放电振荡实验及空心阴极-霍尔推力器阳极耦合放电实验进行了对比。实验结果表明,在小阳极电流工况下,空心阴极的放电振荡可使霍尔推力器阳极发生放电振荡,两者具有相同的放电振荡频谱;当阳极电流、阳极电势增大到一定临界值时,空心阴极和霍尔推力器阳极振荡频谱发生突变;当超过临界值时,与单独空心阴极的固有振荡频谱对比,空心阴极的放电振荡频谱发生了变化,表明阳极又可反过来影响空心阴极的放电振荡,两者的放电振荡相互耦合。该研究可为高可靠、长寿命小功率霍尔推力器的设计提供参考。

摘要： 针对空间站电位控制需求,研究了空间站特有的带电机理,分析得出主动方式是空间站电位控制唯一可行的方法。研究了电位主动控制工作机制,建立了卫星电位自适应主动控制解析模型。在此基础上,采用空心阴极发射电子的空间站电位主动控制方法建立了空心阴极电子发射特性物理模型,研究了空心阴极电子发射特性,成功研制了中国首个测控一体的电位主动控制系统,并搭载于空间站天和一号核心舱,获得了空间站结构电位在轨测控数据。在轨应用结果表明:电位主动控制系统可将中国空间站结构电位从-60 V控制在-22 V左右,优于国际空间站-40 V的指标。

摘要： 空心阴极的放电模式主要有点状和羽状两种,为研究两种模式的转变机理,采用PIC/PCD(单元粒子/等离子体化学动力学)混合算法对阴极内部等离子体流场进行计算,以辐射传递系数处理阴极内部的热辐射计算,并且在通过流场与热场的多次迭代计算后达到收敛。为验证数值模型的计算精度,考察阴极表面5个测点的计算结果与试验数据对比,计算误差在5%以下,并且以羽流光色计算图与试验照片作对比,定性验证模型对放电模式的模拟精度。在此基础上,对不同气体流量下、不同阴极顶孔径的阴极内部各类等离子体参数分布进行计算,通过分析阳极电压、羽流形态变化的内在原因,获得点-羽放电模式的转变机理,可为阴极优化提供理论支撑。

摘要： 目前针对空心阴极的大批次组件级性能测试多采用金属阳极结构,与空心阴极实际工作时采用正离子束流作为阳极的情况存在差异.为验证分别以金属电极和正离子束流作为阳极时空心阴极放电特性的差别,设计对比试验,分别对两种情况下的空心阴极的放电特性、振荡特性以及频率特性进行了分析.试验结果及FFT分析表明采用正离子束作为阳极时,阴极在2～12 MHz之间将会出现多个相关的频率分量;采用金属阳极时,空心阴极放电稳定性与供气流量密切相关;当供气流量大于羽状模式转换阈值时,FFT分析未发现相关频谱分量,当供气流量小于转换阈值时,放电电压将在17 MHz处出现振荡分量,增大供气流量可有效的消除该分量.研究结果为空心阴极的筛选试验改进提供了理论依据.

摘要： 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1000 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4.0×1022 m-3.

摘要： To study the influence of atomic oxygen on the LaB6 hallow cathode, the LHC-5 hollow cathode is placed in the atomic oxygen test facility with repeated ignitions, and with the tungsten-rhenium 5-26 thermocouple to measure the temperature of the cathode tube. After the test, the hollow cathode is inspected, and the cathode tube appears to be expanded and cracked. The XPS analysis of the cross section shows that the failure of the cathode tube is caused by oxidation. Therefore, protective measures should be taken for LHC-5-type hollow cathode ion thrusters, the Hall thrusters and the plasma contactors in LEO under atomic oxygen attack, and a correct shutdown strategy is essential for ensuring the normal work of the cathode.%为确定原子氧对六硼化镧型空心阴极的影响,将LHC-5型空心阴极放置于原子氧试验设备中反复点火,期间使用钨铼5-26热电偶测量阴极管温度.试验完成后检查空心阴极,发现阴极管出现膨胀开裂现象,其断面的XPS成分分析结果表明阴极管的断裂失效是由氧化导致的.因此,针对LEO使用六硼化镧型空心阴极的离子推力器、霍尔推力器和等离子体接触器等航天器部件,应制定正确的工作关机策略以保证阴极不受原子氧环境影响.

摘要： 研究空心阴极触持极在高引出电流情况下易出现明显腐蚀想象.通过300小时稳态寿命试验,结合探针诊断,高速相机拍照等多种方法在线监测阴极在寿命试验过程中等离子体特征参数的演化规律以及阴极放电宏观参数与阴极腐蚀之间的关系,主要监测的参数包括阴极的放电电压与电流的振荡.通过实验发现,阴极在引出电流较高的情况下,阴极的放电振荡会急剧增加,阴极的等离子密度振荡和高能离子数量也会大幅上涨.结合实验的结果,阴极的放电振荡导致阴极产生的高能离子增加是阴极触持极腐蚀的主要原因.

摘要： 六硼化镧(LaB6)材料优异的电子发射性能和抗中毒特性,是空心阴极小型化长寿命设计的首选电子源材料之一,在中高功率空间电推进任务中具有很好的应用前景.特别是随着高功率长寿命航天电推进任务的论证,越来越受到国内外电推进研究领域的关注.本文对近年国内外空间用LaB6空心阴极的研究情况进行了调研、对比和分析.调研结果显示国内LaB6空心阴极工程研究处于国际同等或稍高水平,但理论研究成果较少.结合国内外发展趋势,作者分析指出了目前存在的技术难点,并对未来发展趋势进行了讨论.

摘要： 本文介绍了推进器的电子源原理，建立了空心阴极2D轴对称数值模型，较高的库仑碰撞频率，等离子体密度和电离度导致电子压力不可忽略，由于Knudsen数较大，应当采用滑移边界条件，后续拟研究离子粘性对流动的影响。

摘要： 空心阴极是影响空间电推进系统可靠性和工作寿命关键部件,空心阴极可靠性评价需依赖大量的验证试验.本文在介绍空心阴极失效模式的基础上,从工作模式、可靠性试验和可靠性评价方面讨论了电推进系统空心阴极的可靠性验证试验技术.

摘要： 基于空心阴极效应和低压辉光放电原理设计了一种空心阴极等离子体电子枪并进行了实验研究，得到了稳定的电子束输出以及放电电压、加速电压与电子束电流的关系。当充入气体流量Cv=45mL/min时，放电电压为500V;当脉宽为2μs、加速电压为3.5kV时，得到了脉宽为2μs、电流为1.95A的电子束。

摘要： 利用盘状离子探测器对空心阴极放电等离子体特性进行了研究。结果表明：探测器上电流密度与射频功率、气体流量及空间距离密切相关。探测器中心区域电流密度较高,边缘位置电流密度较低。随射频功率的升高(50W-400W)及空心阴极出口与探测器距离的减小(100mm-10mm),探测器上电流密度逐渐降低。但随着气体流量的增加,电流密度却呈现先增加后降低的趋势。

摘要： 空心阴极是电推进系统可靠性和工作寿命关键部件，空心阴极研制在很大程度上依赖于阴极试验技术的支持。本文从空心阴极的试验分类、试验设备、产品试验技术等三个方面介绍了电推进系统应用空心阴极试验技术情况。

摘要： 电推进技术做为航天技术的热点，离子发动机和霍尔推力器在各类航天器上有广泛的应用前景。空心阴极组件作为电推进发动机的核心器件之一，其技术状态和水平至关重要。 本文对空心阴极组件的设计、加工工艺及测试进行了新的尝试，所制造的空心阴极组件工质流量可稳定工作于2sccm，其放电电流大于2.5A。

摘要： 提出了空心阴极中心负压电弧热源,设计并构建了空心阴极中心负压电弧焊接系统,介绍了系统的组成及燃弧过程.利用高速摄像观测了局部压力梯度对电弧宏观形态的影响,并进行定点焊接烧蚀实验,对阳极表面熔池尺寸和焊接接头的宏观形貌进行了分析.实验结果表明,在电弧自身挺度的作用下,中心负压电弧能够稳定的建立于空心钨极和阳极工件之间;与TIG电弧相比,在宏观形态上,空心钨极施加于电弧上的局部负压力梯度使电弧的弧柱沿径向收缩,空心钨极的尖端呈现白炽状态;从焊接接头的宏观形貌上可知,中心负压电弧热源与TIG电弧相比中心处能量密度较高,边界梯度较大.

摘要： 利用空心阴极等离子体放电在单晶硅上成功的沉积了各种形态的纳米氧化锌晶体。在制备过程中，使用氩气作为等离子体形成气体，氧气作为反应气体，由空心阴极放电加热蒸发高纯度锌粉。在测试过程中，利用X射线衍射仪对晶体结构进行表征；利用电子扫描显微镜对样品表面形貌进行描述；利用透射电子显微镜对表面形态进行更细致的分析；利用光致发光谱对其发光性能进行测试。

摘要： 本发明提供了一种空心阴极感应式加热器和空心阴极结构，包括由绝缘材料制成的安装骨架和由导电材料制成的细丝，安装骨架呈中空管状，且安装骨架的两端均呈敞开设置，细丝在安装骨架的外表面绕设有多匝，且任一相邻两匝细丝均呈间隔设置；工作中，细丝中通有交变电流；还包括阴极管、发射体、触持极和底座，阴极管和发射体二者均呈中空管状，阴极管和发射体二者的两端均呈敞开设置，且阴极管的任意一端固定安装在底座上，发射体为导体，发射体同轴嵌设在阴极管远离底座的一侧；安装骨架同轴套设阴极管，触持极设置在安装骨架远离底座的一侧，且触持极与安装骨架呈间隔设置。本发明有助于提高空心阴极加工的便捷性。

摘要： 本发明公开了一种空心阴极加热器和空心阴极结构，包括内陶瓷骨架(4)、加热丝(5)以及外陶瓷套筒(6)；所述内陶瓷骨架(4)的外侧面和/或外陶瓷套筒(6)的内侧面具有第一结构；所述第一结构为凸起、凹槽或平滑曲面中的任一种或任多种组合；所述外陶瓷套筒(6)嵌套在内陶瓷骨架(4)外部，内陶瓷骨架(4)的外侧面和外陶瓷套筒(6)的内侧面之间通过第一结构合围形成第一空间。本发明的空心阴极加热器易于加工和装配，机械强度高，可靠性高，蛇形蜿蜒的加热丝，相邻位置的感应磁场可以相互抵消，有效降低点火瞬间感应磁场产生的感应电压和感应电流，减少加热丝的热冲击，提高空间电推进系统的可靠性和寿命。

摘要： 一种空心阴极腐蚀速率的在线监测方法及空心阴极触持极寿命的获得方法，涉及航天推进器的空心阴极寿命的评估技术，为了解决现有空心阴极腐蚀速率和触持极寿命的评估方法误差大的问题。采用两个离子能量分析仪进行采集，分别得到具有单峰和双峰的离子能量分布图，获得离子霰弹流的能量分布图，参考目标靶材的溅射数据库，得到各点溅射产额，加权平均，得出等效溅射产额，根据等效溅射产额和放电电流得到空心阴极的腐蚀速率，根据等效溅射产额得到溅射加速因子，根据加速因子获得实际耦合放电时空心阴极触持极寿命。本发明适用于在线监测空心阴极腐蚀速率及评估空心阴极触持极寿命。

摘要： 模拟阴极与推力器耦合工作的阴极独立实验电路，属于电推力器空心阴极的技术领域。解决了在阴极独立实验时无法模拟阴极与推力器耦合工作时的电流低频振荡的问题。本发明的直流电源的正极连接一号二极管的阳极，直流电源的负极同时连接空心阴极的电流输出端、交流电源的一个电源信号输出端和二号电阻的一端，一号二极管的阴极同时连接空心阴极的电流输入端和二号二极管的阴极，二号二极管的阳极连接一号电阻的一端，一号电阻的另一端同时连接交流电源的另一个电源信号输出端和三号二极管的阴极，三号二极管的阳极连接二号电阻的另一端。本发明适用于模拟阴极与推力器耦合工作的阴极独立实验。

摘要： 本发明公开了一种双空心阴极以及双空心阴极等离子体装置和应用。本发明的装置包括灯丝、热阴极、阳极、双空心阴极、冷阴极、真空室以及磁铁，双空心阴极包括外壁和内衬层，为双层结构。双层空心阴极结构便于拆卸、更换内衬层从而适合对内衬层进行的观测分析，同时满足放电室溅射阴极产生单一或多种金属等离子体的需要。本发明采用在磁镜场操纵下的双空心阴极等离子体溅射模式能够高效率产生单一或多元金属的高密度等离子体和等离子体流，用于金属等离子体辐照材料表面改性和形成高纯高流金属离子束的研究；另一方面，结合各种表面分析技术对双空心阴极内表面的观测与分析，用于磁约束核聚变中的等离子体与器壁之间相互作用的研究。

摘要： 本发明提供了一种空心阴极感应式加热器和空心阴极结构，包括由绝缘材料制成的安装骨架和由导电材料制成的细丝，安装骨架呈中空管状，且安装骨架的两端均呈敞开设置，细丝在安装骨架的外表面绕设有多匝，且任一相邻两匝细丝均呈间隔设置；工作中，细丝中通有交变电流；还包括阴极管、发射体、触持极和底座，阴极管和发射体二者均呈中空管状，阴极管和发射体二者的两端均呈敞开设置，且阴极管的任意一端固定安装在底座上，发射体为导体，发射体同轴嵌设在阴极管远离底座的一侧；安装骨架同轴套设阴极管，触持极设置在安装骨架远离底座的一侧，且触持极与安装骨架呈间隔设置。本发明有助于提高空心阴极加工的便捷性。

摘要： 本发明公开了一种空心阴极加热器和空心阴极结构，包括内陶瓷骨架(4)、加热丝(5)以及外陶瓷套筒(6)；所述内陶瓷骨架(4)的外侧面和/或外陶瓷套筒(6)的内侧面具有第一结构；所述第一结构为凸起、凹槽或平滑曲面中的任一种或任多种组合；所述外陶瓷套筒(6)嵌套在内陶瓷骨架(4)外部，内陶瓷骨架(4)的外侧面和外陶瓷套筒(6)的内侧面之间通过第一结构合围形成第一空间。本发明的空心阴极加热器易于加工和装配，机械强度高，可靠性高，蛇形蜿蜒的加热丝，相邻位置的感应磁场可以相互抵消，有效降低点火瞬间感应磁场产生的感应电压和感应电流，减少加热丝的热冲击，提高空间电推进系统的可靠性和寿命。

摘要： 一种空心阴极腐蚀速率的在线监测方法及空心阴极触持极寿命的获得方法，涉及航天推进器的空心阴极寿命的评估技术，为了解决现有空心阴极腐蚀速率和触持极寿命的评估方法误差大的问题。采用两个离子能量分析仪进行采集，分别得到具有单峰和双峰的离子能量分布图，获得离子霰弹流的能量分布图，参考目标靶材的溅射数据库，得到各点溅射产额，加权平均，得出等效溅射产额，根据等效溅射产额和放电电流得到空心阴极的腐蚀速率，根据等效溅射产额得到溅射加速因子，根据加速因子获得实际耦合放电时空心阴极触持极寿命。本发明适用于在线监测空心阴极腐蚀速率及评估空心阴极触持极寿命。

摘要： 本发明公开了一种双空心阴极以及双空心阴极等离子体装置和应用。本发明的装置包括灯丝、热阴极、阳极、双空心阴极、冷阴极、真空室以及磁铁，双空心阴极包括外壁和内衬层，为双层结构。双层空心阴极结构便于拆卸、更换内衬层从而适合对内衬层进行的观测分析，同时满足放电室溅射阴极产生单一或多种金属等离子体的需要。本发明采用在磁镜场操纵下的双空心阴极等离子体溅射模式能够高效率产生单一或多元金属的高密度等离子体和等离子体流，用于金属等离子体辐照材料表面改性和形成高纯高流金属离子束的研究；另一方面，结合各种表面分析技术对双空心阴极内表面的观测与分析，用于磁约束核聚变中的等离子体与器壁之间相互作用的研究。