誘導結合プラズマのイオンエンジン用電子源への適用研究

电感耦合等离子体在离子发动机电子源中的应用研究

• 批准号: 10J01901
• 负责人: 渡邊 裕樹
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: Tokyo Metropolitan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J01901/
• 关键词: 宇宙推進; 誘導結合プラズマ; 電子源; イオンエンジン

長時間作動への障壁となるホローカソード特有の欠点を持たない,高い推進効率のイオンエンジンの構築を目指して,ホローカソードと同等の電子放出能力を持つ誘導結合プラズマ電子源の開発およびイオンエンジンへの適用可能性の検討を目的とし,以下の研究を今年度は実施した.電気的中性を保つために放出された電子と等量のイオンを電子源内部で捕集する金属電極の表面積が電子放出性能に与える影響を評価した.この結果,イオンを捕集する表面積の増大が放出電子電流の増大に寄与することを確認し,また,表面積の増大による放出電子電流の増大には限界が存在することを確認した.これにより,前年度の電子放出孔の直径変更実験により示唆された「電子放出孔における電子飽和電流およびイオン捕集電極におけるイオン飽和電流のいずれか小さい方の飽和電流により,電子源が放出し得る電子電流が制限される」という仮説が立証された.以上の実験で得られた結果および前年度に得られた高周波を伝送するコイル形状の設計指針を踏まえ,電子放出孔,イオン捕集電極およびコイル形状の最適化を実施した評価モデルを設計・製作した.電子源を評価する手法として一般的な二極管構成によりこの評価モデルを実験的に評価した結果,ガス消費の面での大幅な改善は得られなかったが,消費電力の大幅な低減が確認された.1Aの電子電流を放出するために従来の試作電子源では54Wの高周波電力が必要であったのに対し,今年度製作した評価モデルでは30Wの高周波電力で1Aの電子電流を放出することが可能となった.この結果は電子源の消費電力の半減を意味するものであり,2年間の実験的研究によって得られた設計指針の有益性が確認された.今後は,ホローカソードとの寿命を含めた性能比較およびイオンエンジンに組み込んだ際の作動特性評価を行い,イオンエンジン用電子源として誘導結合プラズマ電子源の適用性を高める必要がある.

The barrier of long-term actuation is characterized by its short duration, high propulsion efficiency and electron emission capability. The following research is carried out this year. An evaluation of the effect of the surface area of the metal electrode on the electron emission performance As a result, it was confirmed that the increase in the surface area of the trapped electrons resulted in the increase in the emitted electron current and that the increase in the surface area resulted in the increase in the emitted electron current. The diameter of the electron emission hole in the previous year has been changed. The saturation current of the electron emission hole is too small to limit the saturation current of the electron collector. The results obtained above were compared with those obtained in the previous year, and the design guidelines for the shape of the high frequency wave were set forth. The optimization of the shape of the electron emission hole, the collector electrode and the collector electrode were evaluated and designed. As a result of the evaluation of the electron source, the consumption area has been greatly improved, and the consumption power has been greatly reduced. The emission of electron current of 1A has been confirmed, and the high frequency power of 54W has been necessary for the trial electron source. This year's production of high-frequency power of 30W and 1A electron current emission is possible. The results of this study indicate that the design guidelines obtained during the past 2 years are useful for reducing the consumption of electricity from electronic sources. In the future, the life of the electron source will be compared with the performance of the electron source, and the applicability of the electron source will be improved.

项目成果

誘導結合プラズマを用いた電子源の内部プラズマ診断

使用电感耦合等离子体对电子源进行内部等离子体诊断

• 发表时间: 2011
• 作者: A.Gando;et al;渡邊裕樹
• 通讯作者: 渡邊裕樹

イオンエンジンにおける誘導結合プラズマを用いた電子源の中和器作動特性

离子发动机电感耦合等离子体电子源中和器工作特性

• 发表时间: 2010
• 期刊: プラズマ応用科学
• 作者: 早川晃弘;竹尾友宏;小林正一;永野幸秀;北川敏明;Hiroki Watanabe;渡邊裕樹
• 通讯作者: 渡邊裕樹

Effects of Orifice Dimension on Inductively Coupled Plasma Cathode Performance for Ion Thruster

孔口尺寸对离子推进器电感耦合等离子体阴极性能的影响

• 发表时间: 2011
• 作者: S.Abe;et al.;The KamLAND Collaboration;Hiroki Watanabe
• 通讯作者: Hiroki Watanabe

誘導結合プラズマを用いた電子源の点火および電子放出性能における形状依存性

使用电感耦合等离子体的电子源的点火和电子发射性能的形状依赖性

• 发表时间: 2010
• 作者: A.Gando;et al;渡邊裕樹;The KamLAND Collaboration;渡邊裕樹
• 通讯作者: 渡邊裕樹

Study on Ignition and Electron Emission Characteristics of Inductively Coupled Plasma Cathode

电感耦合等离子体阴极点火和电子发射特性研究

• 发表时间: 2012
• 期刊: The 28 ISTS Special Issue of Transaction of JSASS, Aerospace Technology Japan
• 作者: 早川晃弘;竹尾友宏;小林正一;永野幸秀;北川敏明;Hiroki Watanabe
• 通讯作者: Hiroki Watanabe