空心陰極是離子發(fā)動(dòng)機(jī)的心臟，其壽命直接決定離子發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的壽命。目前，國際上離子發(fā)動(dòng)機(jī)的地面驗(yàn)證壽命已經(jīng)從10000h擴(kuò)展到30000h,飛行驗(yàn)證已經(jīng)達(dá)到16000h。針對(duì)我國15年壽命的通訊衛(wèi)星南北位置保持的使命，在考慮備份的情況下, 空心陰極壽命可靠壽命應(yīng)該達(dá)到10000h以上。在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行空心陰極壽命預(yù)測(cè),并根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果優(yōu)化研制方案，可較大幅度降低空心陰極研制成本，提高研制效率。本文結(jié)合蘭州物理研究所3500h空心陰極壽命實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對(duì)空心陰極壽命進(jìn)行了預(yù)測(cè)研究。
空心陰極的發(fā)射體采用LaB6材料制成。發(fā)射體內(nèi)徑2mm, 長度8mm,外徑4mm。LaB6的突出特點(diǎn)是抗中毒能力強(qiáng)，其抗中毒閾值比傳統(tǒng)的鋇鎢陰極高2~3個(gè)數(shù)量級(jí)。LaB6在600℃以下，不會(huì)與空氣發(fā)生反應(yīng)，可長期在大氣環(huán)境中儲(chǔ)存�；谝陨咸攸c(diǎn)，LaB6空心陰極應(yīng)用于離子發(fā)動(dòng)機(jī)可帶來兩方面益處，其一，可降低對(duì)離子發(fā)動(dòng)機(jī)工質(zhì)純度的要求，其二，可大幅放松離子發(fā)動(dòng)機(jī)儲(chǔ)存對(duì)環(huán)境的要求。因此，LaB6空心陰極已經(jīng)引起國內(nèi)外的重視。
第一，因LaB6發(fā)射體尺寸較小，且其熱導(dǎo)率很高，故假設(shè)整個(gè)發(fā)射體的表面溫度均勻, 各點(diǎn)電流發(fā)射密度相同；
第二，因本試驗(yàn)中采用的工質(zhì)氣體Xe純度高達(dá)99.9995%，假設(shè)工質(zhì)氣體與陰極各零部件不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；
第三，因空心陰極放電電壓在30V以下，產(chǎn)生的Xe離子能量不超過30eV, 不會(huì)對(duì)發(fā)射體產(chǎn)生濺射，因此，假設(shè)蒸發(fā)是發(fā)射體損耗的唯一途徑；
第四，根據(jù)3500h空心陰極壽命試驗(yàn)的結(jié)果，發(fā)射體是壽命試驗(yàn)中變化最明顯的零件，因此，假設(shè)發(fā)射體壽命是制約空心陰極壽命的首要因素;
第五，根據(jù)LaB6材料的電子發(fā)射原理，LaB6蒸發(fā)損耗的過程與發(fā)射體表面更新過程完全同步，因此，假設(shè)直至發(fā)射體損耗殆盡，發(fā)射體壽命才終止。
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