Принцип работы ПИД. Газоразрядная камера, страница 3

Катод ПИД работает в тяжелых условиях, обусловленных высокой температурой и ионной эрозией. Так диапазон температур эмиттера катода составляет 1200-1600 ⁰К (в зависимости от применяемого активного вещества и совершенства конструкции); температуры отдельных элементов составляют 400-700 ⁰К. Сложность при конструировании как катодов, так и катодных узлов заключается в необходимости применения материалов с диаметрально противоположными свойствами (диэлектрики и проводники). Поэтому следует стремиться к применению материалов с максимально близкими значениями коэффициентов теплового расширения, работающих в контакте друг с другом. Чтобы предотвратить появление термических трещин, ведущих к нарушению вакуумной плотности катодного тракта.

На сегодняшний день в ПИД применяются катоды двух конструкций: катоды с нагревателями (рис. 5) и безнакальные катоды (рис. 6).

Катоды первого типа перед запуском прогреваются с помощью нагревателя, а затем при появлении разряда нагреватель либо отключается (авторежим),  либо переводится на пониженный режим питания. В катодах второго типа вначале зажигается промежуточный разряд (с помощью высоковольтного источника) между эмиттером и поджигным электродом, а затем появляется основной разряд (катод работает только в авторежиме). На сегодняшний лень катоды первого типа получили   большее применение в   конструкциях   электроракетных двигателей.    Схемы    приведенных    катодов    служат   для   работы  с

Рис. 5

Рис. 6

нейтральными газами (аргон, криптон, ксенон) и ртутью. Эмитирующие вставки в них представляют собой пористый вольфрам, пропитанный веществом с низкой работой выхода, что уменьшает энергетические затраты , необходимые для работы катода, повышая тем самым КПД ПИД.

Анод, являющийся положительным электродом в разряде, может иметь форму цилиндра или диска. Его конструкция и местоположение зависит от типа ГРК. Материалом для анода обычно служит немагнитная нержавеющая сталь (типа Х18НІ0Т). При конструировании анода следует учитывать вибрацию и нагрузки, возникающие в ПИД при старте ракеты носителя. Часто на аноде располагают коллектор, служащий для подачи основного расхода рабочего тела в объем ГРК, размеры  и местоположение которого конструктор выбирает, исходя из особенностей конкретного ПИД.  Основными требованиями при этом являются:

а)  равномерное распределение плотности нейтралей по радиусу и азимуту ГРК;

б)  максимальное время нахождения нейтральных атомов в объеме ГРК.

Выполнение первого требования повышает равномерность распределения плотности плазмы перед ионно-оптической системой, а второго – увеличивает коэффициент использования рабочего тела на , так как нейтрали покидают объем ГРК только в виде ионов.

Важным фактором, определяющим работу ПИД, является магнитное поле (как его величина, так и форма силовых линий), которое влияет на характер разряда в ГРК, его устойчивость, энергетические потери, распределение плотности плазмы по радиусу.

По структуре магнитного поля на сегодняшний день наиболее применимы два типа ПИД: а) с сильно расходящимся магнитным полем (рис. 7, 8) (крайний его случай – ПИД с радиальным магнитным полем (рис. 8)); б) с пристеночным магнитным полем (рис. 9).

Рис. 7

Рис. 8

Рис. 9