(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ加速器装置であって、
長手方向軸（Ｚ）の周りにイオン化チャンバ（ＩＫ）を有し、
前記長手方向軸に沿って加速区間に亘って正の電荷を持った推進燃料イオンに対する電位差を発生するための電極装置を有し、
集束された電子ビーム（ＥＢ）を前記長手方向軸に沿って前記イオン化チャンバに導入するための手段を有し、
前記長手方向軸に沿って前記電子ビームをガイドするための磁気的ビームガイドシステムを有する、プラズマ加速器装置において、
前記磁気的ビームガイドシステムは前記長手方向軸に沿って磁界の１つ又は複数の方向反転を有することを特徴とする、プラズマ加速器装置。
【請求項２】
ビームガイドシステムは永久磁石装置（ＰＭ）を含むことを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項３】
電極装置は、加速区間に亘って電位差を複数の段に分割することに相応して１つ又は複数の中間電極（Ｅ１，Ｅ２，...）を有することを特徴とする、請求項１又は２項記載の装置。
【請求項４】
中間電極はイオン化チャンバの側面に配置されていることを特徴とする、請求項３記載の装置。
【請求項５】
中間電極の長さは、長手方向軸の方向においてそれぞれ次の電極に対する間隔の少なくとも３０％であることを特徴とする、請求項３又は４記載の装置。
【請求項６】
中間電極の長さは、長手方向軸の方向においてそれぞれ次の電極に対する間隔の少なくとも８０％であることを特徴とする、請求項３又は４記載の装置。
【請求項７】
中間電極の直径は、長手方向軸の方向において電極長の３００％より小さいことを特徴とする、請求項１から６のうちの１項記載の装置。
【請求項８】
中間電極の直径は、長手方向軸の方向において電極長の１００％よりも小さいことを特徴とする、請求項１から６のうちの１項記載の装置。
【請求項９】
磁気的ビームガイドシステムの磁極（ＰＰ）及び電極装置の電極（Ｅ１，Ｅ２，...）は長手方向軸の方向において交互に並んでいることを特徴とする、請求項１から８のうちの１項記載の装置。
【請求項１０】
電界及び磁界は、イオン化チャンバの体積の大部分において交差して経過していることを特徴とする、請求項１から９のうちの１項記載の装置。
【請求項１１】
電界及び磁界は、イオン化チャンバの体積の９０％より大きな部分において交差して経過していることを特徴とする、請求項１から９のうちの１項記載の装置。
【請求項１２】
イオン化チャンバの体積の６０％より大きな体積において、電界方向と磁界方向との間に挟まれた角度は４５°と１３５°との間の値であることを特徴とする、請求項１０または１１記載の装置。
【請求項１３】
カソード（Ｋ）の電圧は、集束される電子ビームを発生するためにイオン化チャンバの出力側（ＫＡ）において電極装置の電極（Ｅ５）に比べて負であることを特徴とする、請求項１から１２のうちの１項記載の装置。
【請求項１４】
加速区間の端部から外へ出射するプラズマビーム（ＰＢ）において、電子の平均速度は正の電荷を持ったイオンの平均速度にほぼ等しいことを特徴とする、請求項１から１３のうちの１項記載の装置。
【請求項１５】
電子の平均速度とイオンの平均速度とは最大で１０倍まで異なることを特徴とする、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
イオンのための加速区間は電子ビームの入射側においてイオンバリアによって閉鎖されていることを特徴とする、請求項１から１５のうちの１項記載の装置。
【請求項１７】
イオンのための加速区間の開始地点の電極（Ｅ０）は電子ビームに対する中央開口部を有する絞り電極として構成され、前記中央開口部の直径はイオン化チャンバの直径よりも小さいことを特徴とする、請求項１から１６のうちの１項記載の装置。
【請求項１８】
中性のガス状推進燃料（ＴＧ）はイオン化チャンバ（ＩＫ）に側面から供給されることを特徴とする、請求項１から１７のうちの１項記載の装置。
【請求項１９】
推進燃料供給は、イオン化チャンバの長手方向経過の１０％と４０％との間の距離だけ電子ビームの入射側から隔たっている領域において行われることを特徴とする、請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
イオン化チャンバの長さは、該イオン化チャンバの直径よりも大きいことを特徴とする、請求項１から１９のうちの１項記載の装置。
【請求項２１】
イオン化チャンバの長さは、該イオン化チャンバの直径の３倍よりも大きいことを特徴とする、請求項１から１９のうちの１項記載の装置。
【請求項２２】
加速区間及びイオン化チャンバは同一であることを特徴とする、請求項１から２１のうちの１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明はプラズマ加速器装置に関する。プラズマ加速器（イオン推力器、電気推進システムＥＰＳ）はスペースクラフトの駆動部として地球に近い静止衛星に対しても地球軌道外の宇宙ミッションに対しても大きな重要性をもっている。駆動部の効率の尺度である、使用される推進燃料質量に対する駆動パルスの比は、プラズマ加速器において従来の化学駆動部よりもはるかに有利であり、この結果、宇宙での使用にとってとりわけ重要な推進燃料の重量成分の低減が得られる。推進燃料としてはしばしば大きな原子量を有する希ガス、とりわけキセノンが使用される。
【０００２】
例えばＵＳ４８３８０２１のグリッドイオン推力器では、イオン化チャンバにおいて中性キセノンガスから高周波又は電子衝撃によってプラズマが発生される。正の電荷をもったイオンはグリッド電極の方向に印加された電界において放出方向に加速される。加速されたイオン流には電気的な中性化のために自由電子流が付加されなければならない。中性化プラズマ流は高い速度で推力器から発射され、飛行体を反対方向に加速する。空間電荷効果によってイオン流密度は制限され、この構造タイプの推力器はほんの適度な反動推進効果において大きな断面積を必要とする。
【０００３】
例えばＥＰ５４１３０９Ａ１のホール原理によるイオン推力器では、リング状のイオン化チャンバはリング軸に対してパラレルな加速度電界及び半径方向の磁界によって貫通される。外部の電子源からイオン放出方向に向かって電子が中性ガスを含むイオン化チャンバへとガイドされ、そこで電子は磁界のためにスパイラル軌道を強いられ、こうしてイオン化チャンバ内部の走行区間はアノードへの直線経路に比べて数倍大きくなり、これによって推進燃料ガスとのイオン化相互作用が高められる。磁気的偏向を２次電子も受け、これらの２次電子は電界において加速される。与えられたフィールドコンフィギュレーションは、さらに、大きく加速電界の遮へいを正の推進燃料イオンに対して惹起しうる空間電荷ゾーンの形成を回避する。従って、正イオンの加速はかなり中性プラズマにおいて行われる。このような装置によってグリッドイオン推力器装置よりもはるかに高い電流密度が得られる。しかし、このような装置は、放出されるイオン流の大きな角度拡大によってほんの適度な効率を示す。
ＤＥ１２２２５８９Ｂには空間電荷中性化された荷電粒子ビームを発生するための装置が記述されており、この装置では大きく加速された電子ビームがイオン化チャンバにその長手方向軸に沿って導入され、この長手方向軸に対してパラレルな磁界を通過して導かれる。イオン化チャンバにおけるアーク放電は導入されたガスから遅い電子及び正の電荷を持つイオンを発生する。この正の電荷を持つイオンが１次電子ビームの方向にイオン加速電極によって加速され、１次電子ビームの制動された電子とともにイオン化チャンバを中性プラズマビームとして離れるのに対して、長手方向軸に対してパラレルな磁界によって導かれて入力側電極と出力側電極との間をガス放電の遅い電子は行きつ戻りつする。加速されたイオン及び制動された電子ビームの電子はこの装置を中性プラズマビームとして離れる。
【０００４】
本発明の課題は、改善された効率を有するとりわけスペースクラフトのイオン推力器としてのプラズマ加速器装置を提供することである。
【０００５】
本発明は特許請求項１に記述されている。従属請求項は本発明の有利な実施形態を含む。
【０００６】
本発明の装置では、イオン化チャンバに導入される集束される電子ビームは、最初にこのイオン化チャンバにある及び/又はこのイオン化チャンバに導入される中性推進燃料ガスのイオン化を起こす。イオン化の際に遊離される２次電子は正イオンの加速のために設けられた電界において反対方向に加速され、自身で再びイオン化作用する。電子ビームによるイオン化プロセスの開始の後で、２次電子は更なるイオン化の主要部分を引き受ける。
【０００７】
導入された電子ビームのさらに別の重要な効果は、この電子ビームの負の空間電荷によるイオン流の正の空間電荷の補償によって加速電界において加速されるイオンビームのフォーカシングを助長することである。この結果、加速電界の遮蔽が行われない。正イオンに対する加速フィールドは、加速されたイオン流と同じ方向に走行する電子ビームの電子に対して減速作用する。この結果、電子ビームの空間電荷密度はイオン化チャンバの長手方向軸の方向において増大し、これは有利にはイオンビームのとりわけイオン化チャンバの端部区間において行われる集束に対応する。有利には、電子ビームの電子の平均速度と電子に対する電位上昇に対応するイオンに対する加速フィールドの電位差とは互いに調整され、イオンに対する加速区間の端部において（乃至は電子ビームの電子に対する減速区間の端部において）電子ビームの電子の平均速度及び加速されたイオン流のイオンの平均速度はほぼ等しく、この結果、ほぼ中性のプラズマがこの加速区間の端部において放出される。これらの平均速度は有利にはファクタ１０よりも小さい値だけ異なる。
【０００８】
電子ビームは、イオン化チャンバの全長に亘ってその負の空間電荷によって正イオンに対する中心アトラクタとしても作用し、さらに集束された電子流への加速されたイオンのフォーカシングを支援し、同時にイオンの相互的な反発作用を補償する。電子ビームの拡がりは、磁界及び/又は電界からなるビームガイド及び/又はビームフォーカシングシステムによって妨げられる。ビーム領域においてビーム方向及びイオン化チャンバの長手方向軸に対して基本的にパラレルなフィールド経過を有するとりわけ磁気的ビームガイドシステムが有利である。長手方向軸に対して垂直の運動成分を有する電子ビームの電子は磁界によってビームの周りのスパイラル軌道に強いられる。磁気的ビームガイドシステムは、それ自体は電子ビーム管によって多様なやり方で、とりわけ進行波管において、中心軸に沿って発生するフィールド方向反転を有する永久周期のマグネット装置の形式で周知である。これらのフィールド反転においてこのフィールドは大きな半径方向成分を有する。このような周知のビームガイドシステムはこの開示の目的のためにも参照してほしい。このようなマグネット装置を有する進行波管は例えばＤＥ２６５２０２０Ｂ２又はＤＥ-ＡＳ-１４９１５１６から公知である。
【０００９】
磁気的フィールドシステムは、有利には、イオン化プロセスからの正イオンのための加速電界において正反対の方向に加速される遅い２次電子をスパイラル状の又は類似の屈曲された軌道に強制するのに適している。これによって、まず第１に、イオン化チャンバの長手方向軸とは反対に続く電極のうちの１つへの電子の迅速な衝突が回避され、さらに、２次電子が１つ又は複数の更なるイオン化プロセスをトリガする確率が明らかに増大し、この結果、推進燃料ガスのイオン化が２次電子よって主に行われる。他方で、２次電子の比較的長い滞留時間によってイオン化により発生する遅いイオンの正の空間電荷が部分的に補償される。最後に、電子が磁界によってかなりそれぞれの電位段の内部で保持され、最後に長手方向とは正反対に最も近くの電極の方に導かれ、この結果、他の区間に亘って加速される２次電子による比較的大きなエネルギ損失が回避される。電界及び磁界のフィールド方向が互いに垂直である場合には、２次電子を電子に加速作用を及ぼすフィールドの方向の周りの屈曲された軌道へと方向転換させることはとりわけ有意義である。従って、フィールドラインはイオン化チャンバの体積の主な部分、とりわけ９０％より大きい部分において交差するように、有利には電界及び磁界は構成される。有利には、電界方向と磁界方向との間に挟まれる角度は、イオン化チャンバの少なくとも５０％において４５°と１３５°との間の値である。磁界も電界もこの場合明らかに主に長手軸に対してパラレルなフィールド成分を示し、さらに電界及び磁界の平均フィールド方向は有利にはイオン化チャンバの長手方向軸において重なるように存在する。長手方向軸に沿ってフィールド方向交番を有する磁界の場合、平均フィールド方向は極性に注意することなしに理解すべきである。
【００１０】
このための有利な装置には、電界を発生するための電極及び磁界の極が長手方向軸の方向に交番して連続し、有利には電極及び/又は磁極片がイオン化チャンバの側壁に配置されるフィールドコンフィギュレーションが設けられている。これらのフィールドは有利には長手方向軸に関して回転対称的であり、さらにそれらのフィールド強度の最大値及び最小値を長手方向軸において示す。最も簡単な一段式構造においては２つの電極がイオン化チャンバの長手方向において間隔を置いて配置されており、このイオン化チャンバを取り囲む３つの磁極片が同様に互いに長手方向に間隔をおいて交番する極性によって配置されており、２つの磁極片がこれらの間にそれぞれこれら２つの電極のうちの１つを囲む。長手方向には電極が長手方向軸におけるそれぞれ少なくともほぼ磁界強度の最大値に存在し、フィールド方向反転個所の長手方向軸における磁界強度の最小値が少なくとも長手方向軸方向の電界の最大値にほぼ一致する。
【００１１】
磁界が長手方向軸において複数のフィールド方向反転を有し、イオン化チャンバをリング状に囲む磁極片が交番する極性によって長手方向に連続し、それぞれ２つの電極の間に電極装置が挿入されている多段式装置がとりわけ有利である。複数の電極は電位段（Potentialstufen）を形成する。しかし、電界は磁界とは異なり長手軸においてフィールド方向反転を示さない。電位はイオン化チャンバの長手方向に段から段へと単調に変化する。長手方向軸の外部にはこれら両方のフィールドタイプのフィールドが互いに交差して経過し、有利には体積の少なくとも６０％において互いに交差するフィールド方向によって挟まれる角度は４５°と１３５°との間の値である。
【００１２】
有利には、２つの直に燐り合う電極の間の電位段の領域においてイオン化によって発生される２次電子は磁界によってできるだけこの段の内部において保持され、場合によっては１つ又は複数の更なるイオン化プロセスを惹起した後で長手方向の反対に最も近くの電極に導かれるように、電界及び磁界は互いに調整される。
【００１３】
電子がその僅少な質量のために強い磁界からの影響を受けるのに対して、イオンの運動は基本的に電界のみによって決定される。イオンは電位差の方向に加速され、長手方向軸に向かって集中される。この場合、この集束は隣り合う電極の間に生じるフィールドラインによっても決定的に惹起される。よって、これらのイオンは電界から平均して複数の電位段からのエネルギを受け取る。これに対して、電極に捕捉される２次電子によるエネルギ損失は１つ又は２つの電位段へのこれら２次電子の運動の制限のために僅少なままである。この結果、電気的エネルギの力学的エネルギへの変換において高い効率が得られる。
【００１４】
有利にはリング状の電極、とりわけ多段式装置の２つの他の電極の間に挟まれた中間電極は２次電子を確実に捕捉するために有利には長手方向に面状に拡張されている。この場合、これらの中間電極の長さは、長手方向軸の方向に有利にはそれぞれ次の電極までの間隔の少なくとも３０％、とりわけ少なくとも８０％である。
【００１５】
フィールドラインによる２次電子の運動の制限及び正イオンのフォーカシングを有する上記のフィールド特性を実現するために、中間電極の直径は有利には長手方向軸の方向における電極長の少なくとも３００％よりも小さく、とりわけ１００％よりも小さい。
【００１６】
集中ビーム又は中空ビームの形式の集束された電子ビームを発生することは陰極線管の技術から多数のバリエーションにおいて周知である。このため、これについての詳細はここでは示さず、例えばＤＥ１２２２５８９Ｂ又はＤＥ２９３１７４６Ｃ２の従来技術の装置を参照してほしい。本発明にとっては、例えばピアス（Pierce）タイプの電子光学を用いてカソードから放たれる電子流が薄片状の（laminar）ビームに集束され、イオン化チャンバに長手方向軸に沿って導入される。電子ビームのイオン化チャンバへの入射領域は有利にはイオン化チャンバにおいて発生されるイオンに対するバリアとして構成され、この結果、カソード電位のイオン化チャンバへの入り込みによってイオンがカソードに誘導され、電気的損失又はカソードの電子エミッション能力のデグラデーションが引き起こされることが防止される、又は、このような望ましくないイオン流を少なくとも僅少にしておくことができる。イオンバリアとしては例えば第１の電極がイオン化チャンバの直径より小さい絞り開口部直径を有するリング状絞りとして構成される。イオン化チャンバの内部には上記の磁界によってビームが集束されるビームとして導かれる。
【００１７】
集束された電子ビームの１次電子は、有利には基本的にイオン化チャンバと同一である多段式電極装置の第１の電極と最後の電極との間の加速区間内のイオンの加速のために構成された電位差において減速される。付加的なエネルギ損失なしに、電子は減速区間の端部に残留速度で到達する。この残留速度は加速区間（電子にとっては減速区間）の開始点における速度よりもはるかに小さいはずである。最後の電極の電圧はこのために有利にはカソードと比べてわずかに正である。イオン化チャンバに推進燃料ガスがない場合には、電子はこの加速区間の端部において小さい残留エネルギによりこの場合コレクタとして作用する最後の電極によって捕捉されてしまう。
【００１８】
イオン化チャンバに推進燃料ガスを有する実際のケースでは、１次電子のうちの幾つかがイオン化チャンバを通過する途中でエネルギをこの推進燃料ガスとの相互作用によって、とりわけ推進燃料ガスの励起及びイオン化によって放出し、速度を失う。しかし、これに基づく速度損失は、大抵の場合初速よりも非常に小さく、放出されるプラズマビームにおける中性プラズマの実現のための最後の電極の電位の調整によってとりわけ経験的に決定される。
【００１９】
推進燃料ガスの供給は有利には電子ビームの入射側からもプラズマビームの放射側からも間隔をおいて配置された領域においてイオン化チャンバの側壁開口部によって行われる。有利にはこの供給領域はイオン化チャンバの長さの１０％と４０％との間の距離だけ長手方向に電子ビーム入射部から隔たっている。
【００２０】
上記の請求項に記載された特徴部分の構成は個別にでも組み合わせても有利に実現可能である。
【００２１】
本発明を次に図面を参照しつつ実施例に基づいて詳しく説明する。
【００２２】
図１は多段構造を貫く長手方向断面を示す。
【００２３】
図２は多段式装置に対するフィールドの経過を示す。
【００２４】
図３は一段式装置に対するフィールドの経過を示す。
【００２５】
図１に長手方向断面として長手方向軸Ｚに沿って図示された装置は、長手方向軸Ｚの周りにイオン化チャンバＩＫを有し、このイオン化チャンバＩＫは例えば長手方向軸Ｚの周りに回転対称に構成されている。長手方向軸Ｚの方向におけるこのイオン化チャンバＩＫの長手方向の長さは、長手方向軸Ｚに対して垂直なイオン化チャンバの直径ＤＫよりもはるかに大きい。イオン化チャンバＩＫは長手方向軸に対して横方向の円柱状の側壁によって限定されている。
【００２６】
この側壁に沿って磁極片ＰＰ及び電極Ｅ１，Ｅ２〜Ｅ５までが配置されており、これらの磁極片及び電極は少なくとも中心の長手方向軸Ｚに向いた側面において回転対称に構成されている。磁極片ＰＰは、イオン化チャンバＩＫから半径方向に距離をおいて配置された永久磁石ＰＭにおいて発生される磁束を半径方向に誘導し、この結果、各磁極片ＰＰが磁極を形成する。この場合、長手方向に相互に次々と配置された磁極片はマグネット磁極とは正反対の極性を形成する。従って、イオン化チャンバＩＫにおいてこれらの磁極片の間に構成される磁界は、各極片ＰＰの位置において磁界反転を示す。このような磁界装置はそれ自体は永久周期的なマグネットシステムとして進行波管の技術から十分に周知である。
【００２７】
磁極片ＰＰの間に配置された電極Ｅ１〜Ｅ５は様々な電位Ａ１，Ａ２〜Ａ５にある。この電極装置はカソードＫ及びアノードＥ０によって補完される。カソードＫ及びアノードＥ０は、薄片状の電極電流ＥＳから集束された電子ビームＥＢを発生するためのビーム発生システムを形成する。電子ビームを発生しフォーカシングするためのビームシステムも同様に従来技術から多様な実施例において周知である。アノード電極Ｅ０はイオン化チャンバを側面から限定する電極Ｅ１〜Ｅｎと一緒に正の電荷を持ったイオンに対してＡ０＞Ａ１＞Ａ２＞Ａ３＞Ａ４＞Ａ５を有するアノード電極Ｅ０の電位Ａ０から電極Ｅ５の電位Ａ５までのイオンに対して単調な電位差を有する電極装置を形成する。電子ビームＥＢの負の電荷をもつ電子に対しては、電位系列Ａ０からＡ５までは制動電位を形成する。この制動電位は電子ビームＥＢの電子の初期速度を長手方向軸Ｚに沿って前進することによって連続的に減少させる。
カソードＫの電圧は最後の電極Ｅ５よりもわずかに負に選択され、この結果、電子ビームＥＢの電子は電極Ｅ５までイオン化チャンバを通過した後ではまだ小さい残留速度を有する。電子ビームＥＢはイオン化チャンバにおいて磁極片の間に構成される磁界ＨＫによって集束されたビームとして導かれる。
【００２８】
イオン化チャンバには側壁によって中性推進燃料ガスＴＧが供給される。電子ビームＥＢの電子は中性推進燃料ガスと相互作用し、このガスの部分的なイオン化を惹起する。この場合に発生する正の電荷を持ったイオンはＡ０からＡ５への電位差の方向において加速され、この場合集束された電子ビームＥＢならびに互いに連続して配置された電極によって形成されるフィールドラインによって長手方向軸Ｚに向かって集束される。イオン化において自由になる２次電子は最初は統計的に変化する方向において非常に小さい速度を有する。これらの２次電子は個々の電極の間の電界ＥＫにおいて加速される。この場合、この加速の方向はイオンの加速方向とは正反対である。加速された２次電子は、同時にイオン化チャンバＩＫに存在する磁界ＨＫによって誘導され、加速電界の方向の周りの屈曲した軌道へと強制される。これによって、２つの電極の間の段階における電子の滞在持続時間は大幅に長くなり、さらにこのような２次電子が更なるイオン化プロセスをトリガする確率が大いに高まる。これらの２次電子は最後にはアノードＥ０の方向に続く電極のうちの１つによって捕捉される。１つの電極に衝突するまでの２つの電極の間のイオン化チャンバにおける電子の比較的長い滞在持続時間は次のことに寄与する。すなわち、正の電荷を持ったイオンによる正の空間電荷の迅速な形成が、すなわちイオンを加速するフィールドの遮へいが回避されることに寄与する。
【００２９】
電子ビームＥＢの１次電子及び先行するイオン化プロセスからの２次電子による推進燃料ガスＴＧのイオン化は、基本的にイオン化チャンバの全長に亘って分布する。Ａ０とＡ５との間の電位差に沿って長手方向軸Ｚの方向に加速されかつこの長手方向軸Ｚを中心として集束されるイオンはイオン化チャンバの出力側ＫＡにおいて集束された電子ビームＥＢの減速された電子と共にほんの少しのビームダイバージェンスを有するかなり中性のプラズマビームＰＢを形成する。
【００３０】
アノード電極Ｅ０は同時に電子バリアとして構成され、イオン化チャンバの直径ＤＫよりも小さい絞り開口部直径を有する絞り電極の形態を有する。図１には電位ステップの例示的な値として最後の電極Ｅ５を基準にした電極Ｅ０からＥ４までの電圧が記入されている。カソードＫの電圧は最後の電極Ｅよりも少し負である。このマグネット装置の極は通常のやり方でＳ及びＮによって区別される。
【００３１】
図２は定性的にフィールド経過及び電子電荷分布を図１の構造の断面に対して長手方向軸Ｚに沿って示している。図２ではフィールド経過及び電子の電荷分布の他に電極Ｅ０、Ｅ１...ならびに磁極片ＰＰがＺ軸に沿ってそれらの位置においてシンボリックに図示されている。１次電子ビームＥＢは長手方向軸Ｚの両側に対称的に記されており、これに対して、２次電子の蓄積ＥＣがわかりやすいように長手方向軸Ｚの片側だけに記されている。Ｅｚ及びＨｚによって長手方向軸乃至はこの長手方向軸のすぐ周囲にフィールド強度が記されている。長手方向軸Ｚは図の横座標を形成し、縦座標はフィールド強度Ｅｚ及びＨｚを定性的に示している。長手方向軸における電界Ｅｚは電極Ｅ０、Ｅ１...の位置において最小であり、これらの電極の間の中間において最大である。この場合フィールドの方向反転はなく、この結果、電界強度はこの図において正負の符号を変えることはない。長手方向軸におけるＺ方向の磁界強度は磁極片ＰＰの位置で最小値を示し、２つの隣りあう磁極片の間で最大値を示す。電界とは異なり、磁界においては個々の磁極片においてそれぞれフィールド方向反転が生じる。このフィールド方向反転はこの図ではゼロラインと考えられる長手方向軸Ｚとの交差点として図示され、正負の符号の反転として処理される。イオン化プロセスにおいて生じる２次電子は電界によってイオン化チャンバにおいて加速され、磁界によって屈曲した軌道を強制される。電子の蓄積、すなわち増大する電子の濃度は長手方向軸Ｚの周りのリング状の領域ＥＣにおいて発生する。この電子の蓄積は長手方向に関してほぼ電界の最小値において乃至は磁界の最大値において存在する。
【００３２】
図３は、図２と比較可能な図示において、フィールド経過及び電子分布を電位Ａ０乃至はＡ１の一段式の２つの電極Ｅ１、Ｅ２乃至は３つの磁極片ＰＰ１、ＰＰ２及びＰＰ３を有するマグネット装置に対して示している。これら３つの磁極片のうちのそれぞれ２つの磁極片はこれら２つの電極Ｅ１乃至はＥ２うちの１つを取り囲む。このような単一段のフィールド装置は、図２に示された分布のように、電極Ｅ１、Ｅ２の個所において軸上に電界強度の最小値を示し、ならびに、電界強度Ｅｚの最大値をこれら２つの電極の間の軸上に示す。長手方向軸Ｈｚ上の磁界強度Ｈｚは真ん中の磁極片ＰＰ２の領域において最小値に達し、ここでフィールド方向反転が起こっている。磁界強度の最大値は電極Ｅ１及びＥ２の領域にあり、ここで電界強度Ｅｚはこの軸上で最小値を有する。長手方向軸Ｚの周りのリング状の電子雲ＥＣの発生の際の作用の仕方は図２の実施形態に相応する。
【００３３】
本発明は上記の実施例に限定されず、当業者の能力の枠内で多様なやり方で変形可能である。とりわけイオン化チャンバの設計、電極のサイズ比、電極間隔、電極直径に関しては個々のケースに合わせた多数のバリエーションが考えられる。電極の間隔及び/又は磁極片の間隔ならびに長手方向軸の方向における電極の長さは多段式装置においては全ての段に対して必ずしも一定ではない。電位差は第１の電極と第２の電極との間で必ずしも線形ではなく、個々のケースにおいて非線形の経過とすることもできる。プラズマ加速器装置はスペースクラフトのためのイオン推力器の上記の有利な適用事例に限定されず、例えば高融点金属の溶接、ろう付け、切断などの際のように高いパワー密度の使用による無接触材料加工にも有利には使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  多段構造を貫く長手方向断面を示す。
【図２】  多段式装置に対するフィールドの経過を示す。
【図３】  一段式装置に対するフィールドの経過を示す。
【符号の説明】
Ｚ  長手方向軸
ＩＫ  イオン化チャンバ
ＤＫ  イオン化チャンバの直径
ＰＰ  磁極片
Ｅ１，Ｅ２...  電極
ＰＭ  永久磁石
Ｋ  カソード
Ｅ０  アノード
ＥＢ  電子ビーム
ＥＳ  電子流
Ａ０，Ａ１...  電位
ＨＫ  磁界
ＴＧ  推進燃料ガス
ＥＣ  ２次電子の蓄積
Ｅｚ  電界強度
Ｈｚ  磁界強度
【図１】
0004272817.tif 000002
【図２】
0004272817.tif 000003
【図３】
0004272817.tif 000004