Entwicklung und physikalische Charakterisierung einer kompakten Elektronenquelle mit kapazitiver Radiofrequenz-Entladung zur Strahlneutralisation von Ionenantrieben

Abstract

Im Rahmen des DLR Fördervorhabens "Untersuchung und Optimierung eines Hochfrequenz-Neutralisators mit kapazitiver Einkopplung" wurde am 1. Physikalischen Institut der JLU Gießen eine radiofrequenzbetriebene, kapazitiv gekoppelte Elektronenquelle zur Strahlneutralisation von Ionentriebwerken entwickelt und charakterisiert. Damit ist eine Alternativtechnologie zu herkömmlichen Hohlkathodenneutralisatoren als Elektronenquellen für die Strahlneutralisation von Ionentriebwerken verfügbar, die sich als äußerst kritisch gegenüber Wasser und Sauerstoffexposition herausgestellt hatten und in der Lebensdauer vor allem durch den Ausfall des Startheizers begrenzt sind. Diese Technoligie bietet nun die Möglichkeit, mit einem höheren Leistungseinsatz die Gasartunabhängigkeit sowie Schnellstartfähigkeit der Elektronenquelle zu erkaufen. Weiterhin ist ein Einsatz der entwickelten Elektronenquelle im Bereich der plasma- und ionenstrahlbasierten Materialbearbeitung interessant, da jetzt ein Betrieb mit oxidierenden Reaktivgasen möglich ist. Weiterhin können die entwickelten Diagnostiktechniken und -Verfahren insbesondere im Bereich der gittergestützten Ionentriebwerke sowie speziell bei kleinen kompakten Niederdruckplasmen zum Einsatz kommen. A capacitively driven radio-frequency electron-source for beam neutralisation of ion thrusters has been developed and characterized at the 1st physical Institut of University Giessen, supported by the German Aerospace Center. This development provides an alternative technology to conventional holow-cathodes that are critical to oxigen or water vapour exhibition and are limited in lifetime due to heater breakdown and insert depletion. The developed source accepts various gases, is insensitive to oxigen and water vapour and provides instant on capability for the cost of higher power demand. Additional to space application or ground testing of ion thrusters, the source can be used for material processing, in particular with reactive gases. The developed diagnostic package is suitable for gridded ion thusters and specialy for compact low-pressure plasmas.