Aceleradores de iones.

Aceleradores de iones

Campo de la invención

La presente invención se refiere a aceleradores de iones. Su principal aplicación es en propulsores de plasma, por ejemplo, para su uso en el control de satélites y sondas espaciales, aunque también tienen aplicaciones en deposición química de vapor (DQV) , en sistemas de iluminación que requieren una fuente de plasma.

Antecedentes de la invención

Se conocen propulsores de plasma que comprenden una cámara de plasma con un ánodo y un cátodo que crean un campo eléctrico en la cámara, con el cátodo que actúa como una fuente de electrones. Los imanes proporcionan zonas con alto campo magnético en la cámara. Un propelente, normalmente un gas noble, se introduce en la cámara. Los electrones del cátodo son acelerados a través de la cámara, ionizando el propelente para formar un plasma. Los iones positivos en el plasma son acelerados hacia el cátodo, que se encuentra en un extremo abierto de la cámara, mientras los electrones son desviados y capturados por el campo magnético, debido a su mayor relación carga/masa. A medida que la cámara se alimenta con más propelente, los electrones primarios del cátodo, y los electrones secundarios del proceso de ionización, continúan para ionizar el propelente, proyectándose una corriente continua de iones desde el extremo abierto del propulsor con objeto de producir empuje.

Se describen propulsores de plasma multietapa en el documento US2003/0048053, y además se conocen propulsores de campo apuntado divergente (DCF, siglas en inglés) .

El documento US 2010/107596 A1 describe un acelerador de iones de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Resumen de la invención

La presente invención proporciona un acelerador de iones que comprende un primer imán, que puede ser un imán interno, y que puede tener un canal que se extienda a través de él, por ejemplo en una dirección axial, y un segundo imán, que puede ser un imán externo, y que puede extenderse alrededor del primer imán, con tales imanes poseyendo polaridades similares a fin de producir un campo magnético que tenga dos ubicaciones de fuerza de campo magnético cero. Las ubicaciones están separadas en la dirección axial. El acelerador comprende además un ánodo y un cátodo dispuestos para generar una diferencia de potencial eléctrico entre las ubicaciones.

El canal puede tener un eje central. Por ejemplo puede ser cilíndrico. El eje central puede ser un eje de simetría rotacional. Una de las ubicaciones puede ser una línea que se extiende alrededor del eje central. Una de las ubicaciones es un punto. La ubicación que es un punto puede estar delante de la otra, con lo que los iones tenderán a converger cuando se muevan entre las ubicaciones.

Uno de los electrodos, que puede ser el ánodo, puede estar localizado radialmente entre los imanes interno y externo. Este electrodo puede incluir una sección tubular que puede tener un diámetro interno mayor que el diámetro externo del imán interno, y un diámetro externo menor que el diámetro interno del imán externo. Uno de los electrodos, que puede ser el cátodo, puede localizarse radialmente dentro del imán interno y puede localizarse sobre, o alrededor, del eje central.

El canal puede tener un extremo de entrada y un extremo de salida. Estos extremos pueden estar en los polos respectivos del imán interno. El imán externo puede extenderse alrededor de al menos una parte del imán interno, y puede tener un extremo interno y un extremo externo, que pueden estar en los polos respectivos del imán externo. Los extremos de entrada de los dos imanes pueden ser de polaridad similar. Los imanes pueden ser de sección transversal anular.

El acelerador puede comprender además una carcasa que puede estar dispuesta para proporcionar apoyo tanto a ambos como a uno de los imanes. El acelerador puede comprender además un disipador térmico que puede estar térmicamente conectado a uno cualquiera o a más de los imanes interno y externo, y a la carcasa.

La presente invención además proporciona un propulsor de iones que comprende un acelerador de acuerdo con la invención y una fuente de propelente dispuesta para administrar propelente dentro del acelerador. La fuente de ropelente puede estar dispuesta para suministrar propelente al cátodo. Alternativamente, o además, la fuente de propelente puede estar dispuesta para suministrar propelente dentro de un espacio situado entre los imanes interno y externo.

El acelerador puede incluir una cualquiera o más características, en cualquier combinación, de una cualquiera u otras más realizaciones de la presente invención que pasarán ahora a describirse a modo de ejemplo únicamente como referencia a los dibujos adjuntos.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una vista en perspectiva parcialmente en sección de un acelerador de iones de acuerdo con una realización de la invención;

la Figura 2 es un diagrama de un campo magnético en el acelerador de la Figura 1; y

la Figura 3 es un diagrama del campo magnético en un acelerador de una segunda realización de la invención. Descripción de las realizaciones preferidas

Con referencia a la Figura 1, un acelerador de iones, que en este caso forma parte de un propulsor de plasma, comprende un imán interno (10) y un imán externo (12) . Cada uno de los imanes (10, 12) tiene la forma de un cilindro hueco o tubo, y los imanes están dispuestos coaxialmente con el interno (10) el cual está ubicado dentro del externo (12) . Los imanes interno y externo se superponen en dirección axial de forma que el imán externo (12) rodea una parte, y en la realización mostrada, toda la parte del imán interno (10) . Una carcasa (14) sostiene los imanes (10, 12) y comprende una pared anular externa (16) que cubre el extremo anular (18) del imán externo (12) en el extremo frontal (20) del propulsor, una pared cilíndrica externa (22) que está justo dentro del imán externo (12) y se extiende en longitud más allá de su extremo posterior (24) , una pared anular posterior (26) que se extiende hacia dentro desde el extremo posterior de la pared cilíndrica externa (22) , una pared cilíndrica intermedia (28) que se extiende hacia adelante a partir del borde interno de la pared anular posterior (26) y se extiende a lo largo de la superficie externa del imán interno (10) , una pared anular interna (30) que se extiende hacia el interior desde el extremo frontal de la pared cilíndrica intermedia (28) , que cubre el extremo frontal del imán interno (10) , y una pared cilíndrica interna (32) que se extiende hacia atrás desde el borde interno de la pared anular interna a lo largo de la superficie interna del imán interno (10) . La pared cilíndrica interna (32) rodea y define dentro de ella un canal (34) que se extiende a través del centro del imán interno (12) , y un cátodo hueco (36) está ubicado en el extremo posterior del canal y dispuesto para generar plasma e introducirlo dentro del canal (34) . Un ánodo tubular (38) está ubicado en el espacio entre las paredes cilíndricas intermedia y externa (22, 28) , con su extremo frontal justo hacia adelante del extremo frontal del imán interno (10) , y bien detrás del extremo frontal del imán externo (12) . El ánodo, o la sección tubular de él, tiene un diámetro interno mayor que el diámetro externo del imán interno (10) , y un diámetro externo menor que el diámetro interno del imán externo (12) . El cátodo (36) y el ánodo (38) están dispuestos para formar el campo electrostático necesario para que el acelerador funcione tal como se describe a continuación. En otras realizaciones el cátodo que proporciona el campo electrostático puede estar separado de la fuente de plasma.

Los extremos posteriores de los dos imanes (10, 12) están alineados entre ellos en la dirección axial, y el imán externo (12) es más largo que el imán interno (10) y se extiende hacia delante del extremo frontal del imán interno. La zona dentro del extremo frontal del imán externo (12) y que está por delante del imán interno (10) forma una cámara (40) en la cual tiene lugar la generación de plasma y la aceleración de iones, tal como se describirá con más detalle a continuación. La carcasa (14) protege los imanes (10, 12) del canal (34) y la cámara de plasma (40) . En el extremo posterior del acelerador, un disipador térmico (42) , en este caso con la forma de un bloque de cobre, se sitúa enfrente y en contacto térmico con el extremo posterior de la carcasa (14) y los extremos posteriores...