(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
損失熱を導出する装置を備えたイオン加速装置であって、
損失熱源を含むイオン化チャンバと、該イオン化チャンバを包囲する磁石装置と、チャンバ壁に生じた損失熱を排出する熱伝体装置とを有し、
前記熱伝体装置は熱伝的且つ機械的に支持構造体に接続され固定されており、前記支持構造体に比べて高い熱伝性を有している、イオン加速装置において、
前記熱伝体装置は、少なくとも３０％以上のシリコンの過共晶部分を有するアルミニウム−シリコン合金から構成されており、
前記支持構造体は磁化可能な材料から成り、および、
前記磁石装置において前記チャンバ壁と対向しており、且つ該チャンバ壁から間隔を空けて設けられている表面の一部の間に少なくとも熱放射・反射装置が配置されており、かつ、前記磁石装置と前記熱伝体装置との間に、前記磁石装置と前記熱伝体装置の材料より軟らかい材料から形成される中間層が配置されている、
ことを特徴とする、イオン加速装置。
【請求項２】
シリコンの部分は最大で６０％である、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記熱伝体装置は前記磁石装置を包囲し、半径方向において該磁石装置に押圧されている、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
前記熱伝体装置は前記磁石装置上において収縮している、請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記磁石装置の材料は８×１０-6／Ｋ〜１６×１０-6／Ｋの熱膨張係数を有する、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
前記磁石装置は前記イオン化チャンバを包囲する永久磁石リングを有し、該永久磁石リングは前記イオン化チャンバの長手方向において相互に間隔を空けて配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
前記イオン化チャンバの長手方向において隣接する永久磁石リングは長手方向において相互に逆方向に極性付けられている、請求項６記載の装置。
【請求項８】
長手方向において隣接している永久磁石リング間に軟磁性材料から成る磁極片が挿入されている、請求項６または７記載の装置。
【請求項９】
前記熱伝体装置は、熱を放射によって周囲に放出する放射装置と接続されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
前記熱放射・反射装置は永久磁石材料の表面に設けられている、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１１】
前記熱放射・反射装置は長手方向において磁極片で遮断されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１２】
前記熱放射・反射装置は前記磁石装置における反射性のコーティングによって形成されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１３】
スペースクラフトに設けられている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、損失熱を導出するための装置ならびにその種の装置を備えたイオン加速装置に関する。
【０００２】
イオン加速器は衛星または他のスペースクラフトのための電気的な駆動部として公知である。有利なその種のイオン加速器駆動部は例えばWO 2003/000550 A1に記載されている。公知のイオン加速器は、イオン化チャンバのチャンバ壁を包囲する磁極片リングおよび永久磁石リングを備えた多段型の磁石装置を有する。
【０００３】
この種のイオン加速装置の駆動時にはイオン化チャンバの側方の境界を成すチャンバ壁において損失熱が生じる。この損失熱は外部へと排出されるべきものである。スペースクラフトでの用途において体積および重量が制限されていることに基づき、またその種のイオン加速装置において高電圧が使用されることによって、損失熱を導出するために装置には非常に高い要求が課されている。そのような損失熱は殊にスペースクラフトでの用途においては、ヒートシンクとしての自由空間に発散することでしか放出できないので、少なくとも部分的にチャンバ壁から磁石装置を介して排出されることになる。殊に永久磁石が使用されている場合には磁石装置の温度負荷が制限されている。
【０００４】
進行波管内では、損失熱が殊に束ねられた電子ビームの電子の発生によってコレクタとしてのアノードに入射する。アノードは例えば銅から構成されている。損失熱の導出は典型的には、直接的または中間構造体を介してアノードと熱伝的に結合されている放射装置を介して行われる。
【０００５】
殊に、イオン加速装置または進行波管装置のような電気的な装置における損失熱を導出するための装置では、損失熱源とは反対側の放熱装置が、一方では機械的に固定されて、他方では良好に熱伝的に、例えばチャンバ壁に対向しているイオン加速装置の磁石装置もしくは進行波管のコレクトのような支持構造体と接続されるべきである。磁石装置ないしコレクタの材料、幾何学および構造は通常の場合、それぞれの電気的な装置の機能によって広範に設定されている。
【０００６】
放熱装置において銅製のボディを設けることが公知である。銅は熱を外部に向かって放射装置へと誘導し、この放射装置は外側に向けられている表面を介して熱を発散し、また温度変動時に生じる機械的な応力を補償調整するための別個の移行部構造を用いて支持構造体に結合されているか、支持構造体の金属面にはんだ付けされている。
【０００７】
本発明の課題は、損失熱を排出するための改善された装置ならびにその種の装置を備えたイオン加速装置を提供することである。
【０００８】
本発明による解決手段は独立請求項に記載されている。従属請求項には本発明の有利な実施形態および発展形態が記載されている。
【０００９】
殊に前述の電気的な装置における損失熱源から、損失熱源に対向する支持構造体と熱伝的に接続されている熱伝体装置を介してヒートシンクへと損失熱を導出するための装置においては、熱伝体装置におけるアルミニウム−シリコン合金（以下ではＡｌ−Ｓｉ合金と記す）の使用が驚くべきことに非常に有利であることが分かった。熱伝体装置は有利には大部分が、殊に有利には完全にＡｌ−Ｓｉ合金から構成されている。
【００１０】
殊に、Ｓｉの過共晶部分を有するＡｌ−Ｓｉ合金の使用は非常に有利である。Ａｌ−Ｓｉ合金の熱膨張係数は有利には、支持構造体の熱膨張係数とは３０％未満、殊に２０％未満、有利には１０％未満しか異ならない。有利には、過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金の熱膨張係数が合金中のＡｌおよびＳｉの部分の変化に際し広い範囲にわたり調整可能であり、それによって支持構造体の材料によって決定されている熱膨張係数に良好に適合できるという知識が利用される。
【００１１】
熱伝体装置は有利には支持構造体を包囲する形態で実施されている。支持体装置は有利には、損失熱源を含む空間を長手方向軸の周囲で円を成すように包囲する。熱伝体装置は有利には支持構造体に弾性に押圧された状態で設けられており、これによって支持構造体と熱伝体装置の境界面における永続的で広範囲な熱伝達が生じる。殊に熱伝体装置の支持構造体への熱収縮によって、弾性に押圧された状態で支持構造体上に熱伝体装置を設けることができる。熱伝体装置は殊に有利には、支持構造体の複数の個所と機械的に接続されている。
【００１２】
有利には、支持構造体と熱伝体との間の良好な熱伝達のために、支持構造体との境界面にも、典型的には１ｍｍ未満、殊に０．１ｍｍ未満の薄い層が設けられており、この薄い層は支持構造体および熱伝体装置の延性よりも高い延性を有する材料から構成されている。殊に有利には、その種の中間層に金が使用される。支持構造体および熱伝体装置を相互にはんだ付けすることもできる。
【００１３】
支持体装置は有利には磁石装置、殊に永久磁石ボディを備えた磁石装置を有する。その種の永久磁石装置の材料は有利には希土類合金、殊にサマリウム−コバルトＳｍＣｏである。永久磁石装置は、リング軸に関して軸方向に磁化されている、有利には少なくとも１つ、有利には複数のリング磁石ボディを有する。
【００１４】
別の有利な実施形態においては、Ａｌ−Ｓｉ合金の代わりに、熱伝体装置が少なくとも大部分がベリリウムから構成されており、このベリリウムは同様に有利な熱膨張係数を有し、また僅かな比重量を有しているが、高価であり処理が難しい。
【００１５】
軸方向において相互に並んで配置されている複数のリング磁石ボディを有する永久磁石装置の製造は、熱伝体装置の熱的な収縮によって熱伝体装置の材料に依存せずとも殊に有利である。何故ならば、これによって複数のリング磁石ボディを簡単且つ有利に一体化することができる、および／または、殊に破損の虞がある磁石ボディ、例えばＳｍＣｏから成る磁石ボディが全ての面において均等な圧力負荷によって安定化されて保護されるからである。損失熱を排出する必要が無い場合、熱伝体装置（この場合は主として機械的なカバーである）の熱伝性の重要度は低い。
【００１６】
損失熱を導出するためのこの種の装置は、スペースクラフトにおいて損失熱が形成される電気的な装置では有利である。そのような装置においては、修理をする手段がないので、永続的な良好な熱伝達が非常に重要であり、また電気的なユニットの停止状態と駆動状態とでは温度差が大きいために材料の結合が殊に要求される。スペースクラフトにおいてＡｌ−Ｓｉ合金から成る熱伝体装置の殊に有利な実施形態においては、熱伝体装置が支持構造体によって吸収される熱を有利には放射装置に伝達し、この放射装置は熱を熱放射としての熱をヒートシンクとしての周囲の宇宙空間に放出する。
【００１７】
磁石装置を備えたイオン加速装置においては、驚くべきことに、熱伝体装置の少なくとも大部分のための材料として、シリコンの過共晶部分を有する、アルミニウムおよびシリコンから成る合金が、イオン加速装置の機能によって設定されている磁化可能な磁石装置の典型的な材料に調整可能であることが分かった。過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金におけるシリコンの部分は有利には少なくとも４０％である。有利には、合金におけるシリコンの部分は最大で６０％である。共晶Ａｌ−Ｓｉ合金ではＳｉの部分は約１２％である。
【００１８】
過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金は有利には、磁石装置の材料よりも高い熱伝能力および僅かな比重量を有し、殊に好適に熱を伝達させるその材料特性によって、イオン加速装置の磁石装置の典型的な材料の表面に結合可能である。殊に、過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金は、典型的な磁石装置に有利に使用される、永久磁石材料としての磁化可能な材料、殊に軟磁性の材料としての鉄または希土類材料、有利にはＳｍＣｏの熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する。熱膨張係数の差が小さいことは非常に有利である。何故ならば、冒頭で述べたようなイオン加速装置においては高い温度変動が生じる可能性があるからである。
【００１９】
典型的な支持構造体の磁化可能な材料、殊にＦｅおよびＳｍＣｏは有利な実施形態において、８ｘ１０-6／Ｋ〜１６ｘ１０-6／Ｋ、殊に１１ｘ１０-6／Ｋ〜１３ｘ１０-6／Ｋの熱膨張係数を有する。本発明による熱伝体装置において使用される過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金の熱膨張係数を有利には、ＡｌとＳｉの比率によってさらに変更し、磁石装置の材料に適合させることができる。過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金の熱膨張係数は有利には、磁石装置の材料のそれぞれの熱膨張係数から３０％未満、殊に２０％未満、有利には１０％未満しか異なっていない。
【００２０】
熱伝体装置は磁石装置の有利な実施形態において磁石装置を半径方向においてイオン加速装置の中心軸に関して包囲しており、また有利には材料が磁石装置または磁石装置の一部に弾性に押圧された状態で収縮されているので、熱伝体装置および磁石装置は弾性に押圧された状態で相互に良好に面接触している。有利な実施形態において、良好な熱伝性を有しており、且つ磁石装置および熱伝体装置の材料に比べて軟らかい材料、例えば金から成る中間層が境界面に設けられており、これによって中間層の変形による殊に大きい接触面による殊に良好な熱伝達が生じる。
【００２１】
有利には、熱伝体装置はこの熱伝体装置と接続されている熱放射部としての放射装置において磁石装置側とは反対側に設けられている表面領域を介して周囲に、スペースクラフトにおいてイオン加速装置が有利に使用される場合には、周囲の何もない空間に熱を放出する。熱放射を周囲に放射する表面を過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金とは異なる材料から構成することができ、殊にコーティングによって得ることができる。
【００２２】
熱伝体装置は有利には少なくとも大部分（＞５０％）が、有利には実質的に、例えば表面のコーティング部分を除いて、完全に過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金から構成されている。有利には、放射装置も大部分が、または実質的に完全に過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金から構成されている。
【００２３】
イオン加速装置はイオン化チャンバを有し、損失熱源はチャンバの境界を成している典型的には誘電性の、例えばセラミック性のチャンバ壁に直接的に配置されているか、その近傍に配置されている。イオン化チャンバ内で駆動ガスがイオン化され、イオンが有利には静電的にイオン化チャンバの長手方向において加速され、チャンバの一方の側に設けられている開口部を介して排出される。
【００２４】
磁石装置は、イオン加速装置のイオン化チャンバを包囲する複数の永久磁石リングを有し、これらの永久磁石リングはチャンバの長手方向において相互に間隔を空けて配置されている。有利な実施形態においては、長手方向において隣接している永久磁石リングが長手方向において相互に反対方向に極性付けられているので、長手方向においては同じ極が隣接する磁石リングに相互に割り当てられる。これによって、チャンバ内では長手方向において隣接する磁石リング間に磁界のカップ構造が生じる。このようなカップ構造は例えば冒頭で挙げたWO 2003/000550 A1のイオン加速器において設けられている。長手方向において間隔を空けて配置されている、静電イオン加速器のイオン化チャンバ内の磁界の少なくとも２つのその種のカップ構造を有する多段式の磁石装置は殊に有利である。永久磁石リングの材料は有利には希土類合金、殊に主成分としてサマリウムおよびコバルトを有する合金である。サマリウムおよびコバルトから成る永久磁石は公知のものであって、また市販されており、ネオジム磁石に比べてキュリー温度が高い点で優れている。
【００２５】
有利には、長手方向において間隔を空けて配置されている永久磁石リングの間に、軟磁性の材料、殊に鉄からなる磁極片が配置されている。
【００２６】
発生した損失熱は殊に永久磁石材料に関しては問題となる。何故ならば、この永久磁石材料は高温を許容せず、他方では通常の場合熱伝性が低く、したがって損失熱の熱伝体装置への導出に殆ど寄与しないからである。
【００２７】
磁石装置の永久磁石ボディは通常の場合、チャンバの側方の境界を成すチャンバ壁の外面には直接的に接しておらず、このチャンバ壁から僅かな間隔を空けて配置されているので、損失熱のチャンバ壁から永久磁石ボディへの伝達は熱放射によって行われる。チャンバ壁と永久磁石ボディとの間の熱放射・反射装置によって、その種の熱伝達は低減され、永久磁石材料の過熱は回避される。その種の熱放射・反射装置は半径方向において外側チャンバ壁と永久磁石ボディとの間に配置されているミラーボディを有することができる。有利には、熱放射・反射装置は永久磁石ボディにおいてチャンバ壁に対向する面の反射性コーティングによって形成されており、有利にはコーティング材料として金を使用することができる。有利には、半径方向において、外側のチャンバ壁と、この外側のチャンバ壁と対向する軟磁性の磁極片の面との間に熱放射・反射装置は設けられていないので、有利には鉄から構成されており、また温度に敏感であり、それと同時に良好な熱伝性の磁極片を介して損失熱は外側に向かって熱伝体装置へと導出される。熱放射・反射装置を用いた永久磁石ボディの熱吸収の低減は熱伝体装置の材料に依存せずとも、永久磁石ボディの過熱保護および生じる損失熱の分布にとっても有利である。
【００２８】
進行波管装置においては、殊に、Ｓｉの過共晶部分を有するＡｌ−Ｓｉ合金の使用は殊に有利であることが分かった。ここでは、熱伝体装置が有利には、支持構造体として典型的には銅から構成されているアノードボディ（コレクタ）と間接的または、有利には直接的に接続されており、殊に永続的に良好な熱伝性の面接触のために収縮される。そのような場合のＡｌ−Ｓｉ合金におけるＳｉの部分を典型的には、イオン加速器の前述の例よりも小さくすることができる。何故ならば、アノードボディの熱膨張係数は通常の場合、イオン加速装置の磁石装置の熱膨張係数よりも高いからである。熱伝体装置をアノードボディとはんだ付けすることができる。
【００２９】
以下では、図面を参照しながら、有利な実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】イオン加速器の概略的な構造を示す。
【図２】進行波管装置の部分図を示す。
【００３１】
図１は、イオン加速装置の概略的な部分断面図を示す。このイオン加速装置は一般性を制限することなく長手方向軸ＬＡについて回転対称であるとする。この対称性に基づき、断面のうち長手方向軸ＬＡの上側の半分のみを示している。長手方向軸ＬＡは半径座標Ｒも一緒に示されている長手方向ＬＲに平行に延びている。イオン化チャンバＩＫは、誘電性材料、殊にセラミック材料から成るチャンバ壁ＫＷによって半径方向において境界付けられている。チャンバの断面は長手方向ＬＲにおいて一定であるとする。イオン化チャンバは長手方向において一方の側（図面では右側）に向かって開かれており、そこにおいて加速されたプラズマビームＰＢを放出することができる。このプラズマビームＰＢはスペースクラフト駆動装置として使用されるイオン加速装置に駆動推進力を供給する。長手方向においてビーム放出開口部ＡＯと対向して、イオン化チャンバＩＫの底部にアノード装置ＡＮが配置されている。ビーム放出開口部ＡＯの領域、有利にはこのビーム放出開口部ＡＯから側方にずらされた領域にはカソード装置ＫＡが配置されている。装置の駆動時に高電圧がカソード装置ＫＡとアノード装置ＡＮとの間に印加され、この高電圧はイオン化チャンバにおいて長手方向ＬＲに示される電界を形成する。この電界によって電子はアノード装置の方向へと加速され、駆動ガスのイオン化によって生じるイオンがビーム放出開口部ＡＯの方向へと加速される。
【００３２】
プラズマチャンバの外部およびプラズマチャンバの周囲には磁石装置が配置されており、この磁石装置は殊にＳｍＣｏから成る永久磁石ボディＭＲと、長手方向においてこの永久磁石ボディＭＲの隣、またそれらの間に位置する磁極片ＰＲとを有する。永久磁石ボディＭＲおよび磁極片ＰＲは有利には、長手方向軸ＬＡに関してそれぞれリング状に構成されている。しかしながら軸の周りの複数の個別ボディをグループ化することもできる。磁石ボディの極は長手方向に配向されており、長手方向において隣接する磁石ボディは相互に逆方向に極性付けられているので、同一の極（図１においては２つのＳ極Ｓ）が間隔を空けて相互に対向している。永久磁石ボディのこの種の配置構成によりイオン化チャンバＩＫにおいては磁界ＭＦが生じ、この磁界ＭＦは磁石ボディの極の領域、すなわち磁極線が長手方向軸ＬＡからチャンバ壁ＫＷへと湾曲して近似的に放射状の磁界線経過へと移行する領域においていわゆるカップ構造を形成している。磁極片ＰＲによってこの磁界の経過を有利には、イオン加速装置の機能に関して十分に改善された形状にすることができる。
【００３３】
この種のイオン加速装置の構造および機能自体は例えば冒頭で述べたような従来技術から公知である。
【００３４】
この種のイオン加速装置においては、確かに公知のホールイオン加速器に比べてチャンバ壁の熱負荷は既に低減されているのだが、チャンバ壁においてイオン化チャンバに対向する面に生じる損失熱はこのチャンバ壁に衝突する電子およびイオンによって、またイオン化チャンバ内に生じるプラズマに由来するビームによって依然として残っている。磁極片ボディＰＲの長手方向の領域におけるチャンバ壁に生じる熱は、磁石ボディＭＲが保持されている長手方向の領域に比べて若干高い。チャンバ壁の加熱によって、放射状に外側に向けられているチャンバ壁の面からも熱が磁石装置の方向に向かって放射される。また、熱は磁石装置を介して放射状に外側に向かって運ばれ、周囲の宇宙空間へと放射される。このために、放射装置が有利には大面積の放射構造体ＳＳを有する。
【００３５】
図示されている実施例において、放熱装置は、放射状に外部に位置し、且つ被覆部ＳＭが設けられている放射装置と、前述の放射構造体ＳＳと、放射装置と磁石装置との間に位置する熱伝体装置とを有する。熱伝体装置は少なくとも大部分が過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金から構成されている。熱伝体装置は熱伝体としての複数のリングボディＬＭ，ＬＰを有する。リングボディＬＰは磁極片ＰＲの長手方向の領域に配置されており、熱伝体ＬＭは永久磁石ボディＭＲの領域に配置されており、それぞれが磁極片ＰＲないし永久磁石ボディＭＲと機械的且つ熱伝的に結合されている。この熱伝体および／または放射装置ＳＭ，ＳＳは有利には少なくとも大部分が、有利には少なくとも４０％のシリコンの部分を有する過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金から構成されている。過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金におけるシリコンの部分は有利には最大で６０％である。それよりも僅かな部分の混合も原理的には可能である。
【００３６】
熱伝体に過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金を用いることにより、この熱伝体に関して、鉄またはＳｍＣｏの熱膨張係数に非常に近い熱膨張係数を達成することができる。熱伝体ＬＰおよびＬＭは有利には閉じられたリングボディとして構成されている。熱伝体は有利には磁極片ＰＲないし永久磁石ボディＭＲの外側に向けられている面に放射状に押圧されて配置されており、これにより永続的に機械的に安定した面構造が達成され、半径方向における良好な熱伝達が保証される。熱伝体ＬＰと磁極片ボディＰＲとの境界面ないし熱伝体ＬＭと永久磁石ボディＭＲとの境界面には、有利には、対向している熱伝体および磁極片ボディないし永久磁石ボディの材料よりも軟らかい良好な熱伝性材料から成る中間層を挿入することができる。その種の中間層は拡大された接触面によって放射状に外側に向かう熱伝達をさらに改善することができる。殊に有利には、その種の中間層に金が使用される。この種の中間層を、ビーム被覆部ＳＭを備えた放射装置と、熱伝体ボディＬＰ，ＬＭを備えた熱伝体装置との間に設けることもできる。
【００３７】
有利には、放熱装置を備えた磁石装置は、磁極片ボディＰＲが熱伝体ボディＬＰと接続され、永久磁石ボディＭＲが熱伝体ＬＭと接続され、続いてそのようにして接続されたリング状の装置が軸方向において組み立てられ、相互に硬く接続されることによって構成される。続いて、有利には、熱伝体ＬＰ，ＬＭによって形成された熱伝体装置の外面が平坦にされ、規定の寸法にされる。続いて、有利には、放射装置が熱伝体装置に比べて高い温度にされ、拡張し、長手方向において熱伝体装置にわたり押し付けられる。放射装置の冷却時、またそれに伴う収縮時に、放射装置は半径方向において熱伝体装置の外面に押圧された状態で載置され、これによってやはり良好な熱伝性接触部が得られる。
【００３８】
半径方向においてチャンバ壁ＫＷに対向している永久磁石ボディＭＲの表面には反射装置としてのコーティング部ＲＥが設けられており、このコーティング部ＲＥは熱ビームに関する吸収能力、したがってチャンバ壁から永久磁石ボディへの熱伝達を低減する。有利には、コーティング部は金から構成されている。コーティング部はチャンバ壁と対向する磁極片ボディの面までは延在していない。すなわち、コーティング部は長手方向において磁極片で遮られている。
【００３９】
イオン加速装置の駆動時にチャンバ壁は加熱され、熱を放射状に外側に向かって磁石装置の方向へと放射する。磁石装置によって吸収される熱は、永久磁石ボディＭＲ、磁極片ボディＰＲおよび熱伝体ＬＰ，ＬＭを備えた熱伝体装置を介する放射装置の被覆部ＳＭへの放射状の温度勾配に応じて運ばれ、殊に熱放射として放射構造体ＳＳを介して宇宙空間へと放射される。
【００４０】
例えばＳｍＣｏから成る永久磁石ボディＭＲの熱伝性が比較的低いことに基づき、長手方向における拡張部が比較的小さいにもかかわらず、放射状の熱伝達は主として、殊に鉄から成る磁極片ＰＲを介して行われる。好適には、磁石装置内の放射状の熱伝部分の分布は、磁極片の長手方向の位置における比較的高い熱流入による磁極片ボディの長手方向の領域における比較的高い壁温度と対応する。熱放射・反射装置は有利には長手方向において磁極片ボディの長手方向の領域において遮断されており、永久磁石ボディの長手方向の領域にのみ存在している。チャンバ壁から、有利には鉄から成る磁極片ボディへの良好な熱伝達は放射状の熱導出にとって有利である。
【００４１】
永久磁石ボディにおいてチャンバ壁と対向している面における反射装置によって、チャンバ壁の温度を永久磁石ボディの長手方向の領域においては、磁極片ボディの長手方向の領域における温度よりも高くすることができる。限定的な範囲においては、チャンバ壁の材料内の熱伝達によって長手方向における熱均衡が生じる。しかしながら、殊に比較的高いチャンバ壁温度によってイオン化チャンバへの熱放射も高まるので、放射状の外方への低減された放射もやはり部分的に補償される。
【００４２】
有利には、磁石装置において損失熱源に対向している面における反射装置を、進行波管装置の磁石装置においても設けることができる。
【００４３】
図２は、本発明による損失熱を導出するための装置を備えた進行波管装置の構造の概略的な部分図を示す。進行波管装置は慣用のように、真空チャンバ内に、例えば螺旋状または櫛状の管の形態の遅延管ＶＬを有する。遅延管ＶＬを備えた真空チャンバは磁石装置ＰＰによって包囲されており、この磁石装置ＰＰは真空チャンバ内に磁界を形成する。この磁界内では電子ビームＥＳが真空チャンバないし遅延管ＶＬの中心軸上で案内されている。電子ビームＥＳは図２において図示されていないが左側に位置する電子ビーム源から、遅延管ＶＬの通過後にコレクタＫＯへと供給される。電子ビームＥＳは真空チャンバを通過する移動時に、遅延管ＶＬに供給される高周波信号と相互作用し、この高周波信号は出力側ＨＦを介して増幅された形で出力結合される。電子ビームは遅延された静電場に向かって移動し、遅延管と相互作用すると出力をこの遅延管に放射する。コレクタＫＯにおいて電子が吸収され、残りのエネルギはコレクタＫＯにおいて熱に変換される。コレクタを例えば銅から構成することができ、公知のように多段型のコレクタとして構成することができる。
【００４４】
コレクタＫＯの外面上には放射ボディＳＫが設けられており、コレクタＫＯと熱伝的に良好に結合されている。放射ボディＳＫはＡｌ−Ｓｉ合金から構成されており、合金部分は有利には、Ａｌ−Ｓｉ合金の熱膨張係数がコレクタＫＯの材料の熱膨張係数よりも３０％、殊に２０％、有利には１０％少ないように調整されている。放射ボディＳＫを有利にはコレクタの外面に弾性に押圧された状態で載置することができ、また有利な実施形態においては高温時にコレクタにわたり押し付けられ、冷却時にコレクタの外面へと収縮される。放射ボディＳＫをコレクタの外面にはんだ付けすることもできる。
【００４５】
図２において一部のみが示されている放射ボディＳＫを、図１による装置と同様に、ＡｌＳｉから成る基体がコレクタＫＯに固定され、この基体に放射構造体を有する外側ボディが固定されることにより、装置の長手方向軸に関して半径方向において２つに分割して実施することができる。
【００４６】
進行波管装置の駆動時にコレクタに生じる損失熱は、良好な熱伝性材料から成るコレクタと、良好な熱伝性のＡｌ−Ｓｉ合金材料からなる放射ボディＳＫとコレクタとの間の良好な熱伝性結合部とを介して放射構造体へと排出され、放射出力として周囲、殊にその種の進行波管装置が宇宙で使用される場合には宇宙空間に放出される。
【００４７】
上記において、また特許請求の範囲において記載した特徴、ならびに図面から読み取れる特徴は単独でも、また種々に組み合わせても有利に実現可能である。本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、当業者の知識の範囲内で種々に変更することができる。殊に、イオン加速装置において反射装置はＡｌ−Ｓｉ材料選択に依存せずとも有利に実現可能である。
【図１】
0005677843.tif 000002
【図２】
0005677843.tif 000003