DE102006059264A1

DE102006059264A1 - Plasma accelerator arrangement

Info

Publication number: DE102006059264A1
Application number: DE200610059264
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Dr. Harmann; Norbert Dr. Koch; Günter Dr. Kornfeld
Original assignee: Thales Electron Devices GmbH
Current assignee: Thales Electronic Systems GmbH
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2008-06-19
Also published as: EP2103198B1; EP2103198A1; WO2008071287A1

Abstract

Für eine Plasmabeschleunigeranordnung mit elektrostatischer Beschleunigung von Ionen durch ein eine Plasmakammer im wesentlichen parallel zur Strahlrichtung durchsetzenden elektrostatischen Felds bei einer Plasmageometrie des zylindrischen Typs mit vorzugsweise kreisförmiger Querschnittsfläche werden verschiedene Maßnahmen zur Verringerung der Divergenz des ausgestoßenen Plasmastrahles beschrieben, welche einzeln oder vorteilhafterweise in Kombination realisierbar sind.For a plasma accelerator arrangement with electrostatic acceleration of ions through an electrostatic field penetrating a plasma chamber substantially parallel to the beam direction in a preferably circular cross-sectional cylindrical geometry, various measures are described for reducing the divergence of the ejected plasma jet, which can be implemented individually or advantageously in combination ,

Description

Die Erfindung betrifft eine Plasmabeschleunigeranordnung zur Erzeugung eines gerichteten Plasmastrahls.The The invention relates to a plasma accelerator arrangement for generating of a directed plasma jet.

Plasmabeschleunigeranordnungen sind insbesondere von Bedeutung in Antrieben von Raumflugkörpern. Bekannt sind beispielsweise elektrothermische Plasmabeschleuniger, welche durch elektrische Entladungen Gaspulse ausstoßen. Andere gepulste Plasmabeschleuniger erzeugen einen Lichtbogen in einer von einem Magnetfeld durchsetzten Kammer. Gleichfalls gepulst arbeiten Plasmathruster mit magnetischer Beschleunigung eines konzentrierten Plasmarings.Plasma accelerator arrangements are particularly important in spacecraft drives. Known are, for example, electrothermal plasma accelerators, which emit gas pulses by electrical discharges. Other pulsed plasma accelerators generate an arc in a chamber penetrated by a magnetic field. Likewise pulsed, plasma patterns work with magnetic acceleration a concentrated plasma ring.

Eine bedeutende Gruppe unter den Plasmabeschleunigern bilden die Ausführungen mit Beschleunigung von Ionen durch ein elektrostatisches Feld, wobei durch Ionisation eines Arbeitsgases in einem als Plasmakammer oder Ionisationskammer bezeichneten, nach einer Austrittsseite offenen Hohlraum Ionen erzeugt und in einem elektrostatischen Feld beschleunigt werden.A significant group among the plasma accelerators make the achievements with acceleration of ions by an electrostatic field, wherein by ionization of a working gas in a plasma chamber or Ionisationskammer designated, open to one exit side Cavity generates ions and accelerates them in an electrostatic field become.

Gebräuchlich sind insbesondere sogenannte Hall-Beschleuniger mit ringförmiger Plasmakammer und einem Magnetfeld, welches im wesentlichen radial durch die ringförmige Plasmakammer verläuft, sowie einen elektrostatischem Beschleunigungsfeld zwischen einer Anode in der Plasmakammer und einer außerhalb der Plasmakammer angeordneten Kathode, welche auch als Elektronenquelle dient.common are in particular so-called Hall accelerators with annular plasma chamber and a magnetic field substantially radially through the annular plasma chamber runs, as well an electrostatic acceleration field between an anode in the plasma chamber and one outside the plasma chamber Cathode, which also serves as an electron source.

Eine andere Gruppe von Plasmabeschleunigern besitzt im Unterschied zu den ringförmigen Geometrien der Hall-Beschleuniger Kammergeometrien mit einfach zusammenhängender, insbesondere kreisförmiger Querschnittsfläche in einer Schnittebene quer zur Strahlrichtung des Plasmastrahls. Die parallel zur Strahlrichtung in Längsrichtung verlaufende Mittellängsachse der Plasmakammer liegt dabei innerhalb der Querschnittsfläche. Der Plasmastrahl bildet sich in einem Bereich um die Mittellängsachse der Kammer aus. Die Querschnittsfläche ist typischerweise in Längsrichtung im wesentlichen gleichbleibend, weshalb Beschleuniger mit solcher Geometrie auch als zylindrische Beschleuniger bezeichnet sind.A another group of plasma accelerators, unlike the annular Geometries of the Hall accelerator chamber geometries with simply connected, in particular circular Cross sectional area in a sectional plane transverse to the beam direction of the plasma jet. The parallel to the beam direction in the longitudinal direction extending central longitudinal axis The plasma chamber lies within the cross-sectional area. Of the Plasma jet forms in an area around the central longitudinal axis of the Chamber off. The cross-sectional area is typically longitudinal essentially constant, which is why accelerators with such Geometry also referred to as cylindrical accelerator.

Unter den zylindrischen Beschleunigern weisen die Beschleuniger des Kaufmann-Typs am Ausgang der Plasmakammer in Strahlrichtung beabstandete Gitter auf, zwischen welchen eine elektrische Spannung liegt, welche durch die Gitter tretende Ionen beschleunigt.Under The cylindrical accelerators have accelerators of the merchant type at the output of the plasma chamber in the beam direction spaced grid between which there is an electrical voltage which passes through accelerates the lattice passing ions.

Ein davon grundlegend verschiedener zylindrischer Beschleuniger ist aus der US 6 448 721 B2 bekannt. Dort ist u. a. eine Magnetanordnung mit zwei Magnetspulen vorgesehen, welche ein Magnetfeld in der Kammer erzeugen, welches im Anodenbereich von der Mittellängsachse der Plasmakammer ausgehend zu einem die Plasmakammer ringförmig umgebenden Magnetpol führt und im Bereich des Ausgangs der Plasmakammer die Charakteristik des Feldes einer Ringspule besitzt.One of them fundamentally different cylindrical accelerator is from the US 6,448,721 B2 known. There, inter alia, a magnet arrangement is provided with two magnetic coils which generate a magnetic field in the chamber, which leads in the anode region from the central longitudinal axis of the plasma chamber to a magnetic pole annularly surrounding the plasma chamber and in the region of the output of the plasma chamber has the characteristic of the field of a toroidal coil.

Eine ähnliche Geometrie mit einem ersten zentralen Magnetpol am Fuße einer zylindrischen Plasmakammer und einem zweiten die Wand der Plasmakammer umgebenden Magnetpol ist aus „Plume Measurements and Miniaturazition of the Hall Thrusters with Circular Cross-sectional Discharge Chambers" von Shirasaki und Tahara, 29th Int. Electric Propulsion Conf., Princeton, 2005 bekannt. Der ringförmige Magnetpol kann durch Weicheisenmagnetschuhe oder durch radial magnetisierte Permanentmagnetsegmente gebildet sein.A similar geometry with a first central magnetic pole at the foot of a cylindrical plasma chamber and a second magnetic pole surrounding the wall of the plasma chamber is off "Plume Measurements and Miniaturization of the Hall Thrusters with Circular Cross-sectional Discharge Chambers" by Shirasaki and Tahara, 29th Int., Electric Propulsion Conf., Princeton, 2005 known. The annular magnetic pole may be formed by soft iron magnetic shoes or by radially magnetized permanent magnet segments.

Eine wiederum andere Ausführung eines zylindrischen Thrusters ist in DE 101 30 464 A1 beschrieben und weist eine Magnetanordnung wenigstens zwei in Längsrichtung aufeinander folgenden Polwechseln ringförmig die Plasmakammer umgebenden Magnetringanordnungen und/oder im Bereich des Ausgangs der Plasmakammer einen die Plasmakammer umgebenden Permanentmagnetring mit in Längsrichtung beabstandeten Magnetpolen auf. Der Permanentmagnetring erzeugt eine besondere Form des Magnetfelds.Another embodiment of a cylindrical thruster is shown in FIG DE 101 30 464 A1 and a magnet arrangement has at least two longitudinally successive pole changes annular magnetic ring arrangements surrounding the plasma chamber and / or in the region of the output of the plasma chamber a permanent magnet ring surrounding the plasma chamber with longitudinally spaced magnetic poles. The permanent magnet ring generates a special form of the magnetic field.

Die ringförmigen Kammergeometrien bilden zwischen innerer und äußerer Kammerwand einen ringförmigen Kanal, der von einem radialen Magnetfeld durchsetzt ist, durch welchen sich Elektronen als ringförmige Driftströme bewegen. Die zylindrischen Kammergeometrien weisen davon wesentlich verschiedene Magnetfelder und Bewegungsmuster der Elektronen und Ionen auf, so dass typischerweise die Konstruktionsmerkmale zwischen elektrostatischen Thrustern unterschiedlicher Kammergeometrien nicht austauschbar sind.The annular Chamber geometries form between the inner and outer chamber wall an annular channel, which is penetrated by a radial magnetic field through which electrons are ring-shaped drift currents move. The cylindrical chamber geometries are essential different magnetic fields and motion patterns of the electrons and Ions on, so typically the design features between electrostatic thrusters of different chamber geometries not are interchangeable.

Die Form des Magnetfelds ist typisch für die verschiedenen Funktionsweisen der unterschiedlichen Bauformen. In der US 6 448 721 B2 ist angegeben, dass mittels Zwischenelektroden ein Potentialgefälle zwischen Magnetfeldlinien erzeugt werden kann und ein solches Potentialgefälle nahe an eine ringförmige Ionisationszone bei der Anode gelegt werden kann. Ferner soll die Ringspule um den Ausgang eine Fokussierung des Plasmastrahls unterstützen.The shape of the magnetic field is typical of the different modes of operation of the different types. In the US 6,448,721 B2 is indicated that a potential gradient between magnetic field lines can be generated by means of intermediate electrodes and such a potential gradient can be placed close to an annular ionization zone at the anode. Furthermore, the toroid around the output should support a focusing of the plasma jet.

Die US 2 956 666 beschreibt einen elektrostatischen Beschleuniger mit einem Beschleunigungsgitter am Ausgang einer Plasmakammer und einem in Strahlrichtung verlaufenden Magnetfeld. In der GB 2 295 485 A ist eine Ionenbeschleunigeranordnung mit einem Beschleunigungsgitter beschrieben, welchem in Strahlrichtung ein Bremsgitter nachgeschaltet ist. Das von einer Mehrzahl langgestreckter Spulen an der Außenseite der Ionisationskammer Magnetfeld verläuft in der Ionisationskammer von einem zentralen Magnetpol bei einer Kathode in Richtung eines die Plasmakammer umgebenden zweiten Magnetpol schräg nach außen.The US 2,956,666 describes an electrostatic accelerator with an acceleration grid at the exit of a plasma chamber and a magnetic field extending in the beam direction. In of the GB 2 295 485 A an ion accelerator arrangement is described with an acceleration grid, which is followed by a brake grid in the beam direction. The magnetic field which is extended by a plurality of elongate coils on the outside of the ionization chamber extends obliquely outward in the ionization chamber from a central magnetic pole at a cathode in the direction of a second magnetic pole surrounding the plasma chamber.

Die US 5 847 493 zeigt einen Hall-Plasmabeschleuniger mit einer Magnetanordnung, welche zusätzlich zu den Ringspulen für die Erzeugung des im wesentlichen radialen Magnetfelds durch die ringförmige Kammer am Außenumfang der Kammer verteilt mehrere weitere Spulen aufweist, mittels welcher die Drehsymmetrie des Magnetfelds gezielt gestört und die mittlere Strahlrichtung des Plasmastrahls beeinflusst werden kann.The US 5,847,493 shows a Hall plasma accelerator with a magnet arrangement, which in addition to the toroidal coils for generating the substantially radial magnetic field through the annular chamber at the outer periphery of the chamber distributed more coils, by means of which the rotational symmetry of the magnetic field targeted disturbed and the mean beam direction of the plasma jet can be influenced.

Bei einer Ionenquelle nach der US 6 060 836 ist eine Plasmakammer kurzer Länge von Permanentmagneten umgeben, deren Pole radial beabstandet sind und die ein cusp-Feld in der Plasmakammer erzeugen. Ionen werden mittels eines dem Ausgang der Plasmakammer überspannenden Elektrode aus der Plasmakammer extrahiert.For an ion source after the US Pat. No. 6,060,836 a short-length plasma chamber is surrounded by permanent magnets whose poles are radially spaced and which create a cusp field in the plasma chamber. Ions are extracted from the plasma chamber by means of an electrode spanning the output of the plasma chamber.

Die GB 2 295 485 A zeigt eine zylindrische Plasmakammer, welche eine ringförmige Anode bei der Kammerwand und ein den Kammerausgang überspannendes Beschleunigungsgitter enthält. Ein Magnetfeld verläuft von einem inneren Pol bei der Achse der Kammer schräg nach außen in Richtung der Anode.The GB 2 295 485 A shows a cylindrical plasma chamber containing an annular anode at the chamber wall and an acceleration grid spanning the chamber exit. A magnetic field extends obliquely outwardly from an inner pole at the axis of the chamber towards the anode.

In der US 3 735 591 ist eine Anordnung mit einer Spulenanordnung um eine zylindrische Anode, welche die Wand einer Plasmakammer bildet beschrieben, wobei ein im wesentlichen axiales Magnetfeld erzeugt wird, in welchem ein innerhalb der Plasmakammer angeordneter zentraler Zylinder einen Polschuh und ein Ring am Ausgang der Plasmakammer einen anderen Polschuh bildet.In the US 3,735,591 For example, an arrangement with a coil assembly around a cylindrical anode defining the wall of a plasma chamber is created, producing a substantially axial magnetic field in which a central cylinder disposed within the plasma chamber forms a pole piece and a ring forms another pole piece at the exit of the plasma chamber ,

In der DE 12 22 589 ist ein Plasmabeschleuniger beschrieben, bei welchem in eine Ionisationskammer ein beschleunigter Elektronenstrahl durch eine Anode hindurch eingeleitet und durch ein axiales Magnetfeld einer Ringspule auf der Achse geführt ist. Ein axiales elektrostatisches Feld beschleunigt erzeugte Ionen in Richtung einer Ausgangsöffnung der Plasmakammer. Eine Anordnung mit einem von Anodenseite zugeführten Elektronenstrahls ist auch aus der DE 108 28 704 A1 bekannt, bei welcher auch eine Erzeugung des strahlführenden Magnetfelds durch eine Folge von Permanentmagnetringen mit abwechselnder Polung vorgesehen ist.In the DE 12 22 589 a plasma accelerator is described in which an accelerated electron beam is introduced through an anode into an ionization chamber and passed through an axial magnetic field of a toroidal coil on the axis. An axial electrostatic field accelerates generated ions towards an exit opening of the plasma chamber. An arrangement with an electron beam supplied from the anode side is also known from US Pat DE 108 28 704 A1 in which a generation of the beam-guiding magnetic field by a series of permanent magnet rings with alternating polarity is also provided.

Die US 6 448 721 zeigt einen Plasmabeschleuniger mit zylindrischer Kammergeometrie, bei welchem eine Spulenanordnung ein von einem inneren Magnetpol bei der Längsachse der Kammer schräg nach außen zu einem ringförmigen zweiten Magnetpol führendes Magnetfeld erzeugt. Eine weitere die Kammer umgebende Ringspule kann zur Verstärkung radialer Magnetfeldkomponenten vorgesehen sein. Eine Beschleunigung von Ionen erfolgt elektrostatisch in einem Feld zwischen einer Anode am Full der Kammer und einer seitlich außerhalb der Kammer angeordneten Kathode.The US 6,448,721 shows a plasma accelerator with cylindrical chamber geometry in which a coil assembly generates a magnetic field leading from an inner magnetic pole at the longitudinal axis of the chamber obliquely outwards to an annular second magnetic pole. Another annular coil surrounding the chamber may be provided to reinforce radial magnetic field components. An acceleration of ions takes place electrostatically in a field between an anode at the full of the chamber and a cathode arranged laterally outside the chamber.

Die DE 101 30 464 A1 beschreibt eine Plasmabeschleuniger-Anordnung, bei welcher eine mehrstufige Magnetanordnung mit in Längsrichtung beabstandet aufeinanderfolgenden alternierenden Polwechseln vorgesehen ist, welche bevorzugt Permanentmagnetringe mit in Längsrichtung entgegen gesetzt angeordneten Magnetpolen enthält.The DE 101 30 464 A1 describes a plasma accelerator arrangement in which a multi-stage magnet arrangement is provided with longitudinally spaced successive alternating pole changes, which preferably contains permanent magnet rings with longitudinally opposite arranged magnetic poles.

Plasmabeschleuniger mit zylindrischer Kammergeometrie sind vorteilhaft von den Querabmessungen der Kammer.plasma accelerator with cylindrical chamber geometry are advantageous from the transverse dimensions the chamber.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen Plasmabeschleuniger weiter zu verbessern.Of the present invention is based on the object, such Plasma accelerator continues to improve.

Erfindungsgemäße Lösungen sind in den unabhängigen Ansprüchen beschrieben. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.Inventive solutions are in the independent ones claims described. The dependent ones claims contain advantageous embodiments and developments of the invention.

Für die Beschreibung der Erfindung ist anstelle der zylindrischen Kammergeometrie der Begriff einer Kammergeometrie mit einfach zusammenhängender Querschnittsfläche der Plasmakammer gewählt, da vorteilhafte Ausführungen der Erfindung auch sich in Strahlrichtung erweiternde Kammergeometrien einschließen. Die einfach zusammenhängende Querschnittsfläche ist vorzugsweise eine Kreisfläche. Einfach zusammenhängende ebene Querschnittsflächen besitzen hier eine ununterbrochene Berandungslinie, wogegen die ringförmigen Querschnittsflächen der Hall-Konfigurationen mit zentralem Innenkörper je eine innere und eine äußere ununterbrochene Berandungslinie aufweisen.For the description the invention is instead of the cylindrical chamber geometry of Concept of a chamber geometry with simply connected Cross sectional area chosen the plasma chamber, because advantageous embodiments the invention also in the beam direction expanding chamber geometries lock in. The simply connected Cross sectional area is preferably a circular area. Simply coherent flat cross-sectional areas have here an unbroken boundary line, whereas the annular cross-sectional areas of Hall configurations with central inner body one inner and one outer continuous Boundary line have.

Den verschiedenen Lösungsvarianten der vorliegenden Erfindung gemeinsam ist die Form des elektrostatischen Beschleunigungsfeldes, welches zwischen einer in Strahlrichtung bei oder vorzugsweise nach dem Ausgang der Plasmakammer liegenden Kathode und einer dem Ausgang der Plasmakammer entgegen gesetzt am Fuß der Plasmakammer angeordneten Anode innerhalb der Plasmakammer im wesentlichen parallel zur in Längsrichtung verlaufenden Mittellängsachse der Plasmakammer verläuft. Allen Lösungsvarianten gemeinsam ist auch eine Cusp-Struktur des Magnetfelds bei einer dem Ausgang der Plasmakammer abgewandten Pol einer vor dem Ausgang der Plasmakammer angeordneten Magnetringanordnung mit in Längsrichtung beabstandeten Magnetpolen.Common to the various solution variants of the present invention is the form of the electrostatic acceleration field, which is disposed between a cathode located in the beam direction at or preferably after the exit of the plasma chamber and an anode disposed opposite the exit of the plasma chamber at the foot of the plasma chamber substantially parallel to the plasma chamber extending in the longitudinal direction of the central longitudinal axis of the plasma chamber. All solution variants in common is a cusp structure of the magnetic field at a the off the plasma chamber facing away from a Pol arranged in front of the exit of the plasma chamber magnetic ring arrangement with longitudinally spaced magnetic poles.

In einer ersten Lösungsvariante ist eine vorteilhafte Feldformung am Ausgang der Plasmakammer mit einem neuartigen Verlauf einer nachfolgend als Neutralfläche bezeichneten charakteristischen Fläche eines durch eine Magnetringanordnung, insbesondere einen Permanent-Magnetring mit in Längsrichtung beabstandet entgegen gesetzten Magnetpolen bestimmten Magnetfelds vorgesehen. Es lässt sich zeigen, dass ein solcher Permanent-Magnetring am Ausgang der Plasmakammer, wie er auch bereits in der DE 101 30 464 A1 vorhanden ist, an seinem in Strahlrichtung weisenden Ende ein Magnetfeld erzeugt, welches sowohl innerhalb der Plasmakammer, also radial innerhalb des Magnetrings, geschlossene Magnetfeldlinien als auch auf der Außenseite der Plasmakammer, also radial außerhalb der Plasmakammer und des Magnetrings, geschlossene Magnetfeldlinien und zwischen diesen beiden Gruppen von Magnetfeldlinien eine fiktive Trennfläche besitzt, welche die Ausgangsöffnung der Plasmakammer überspannt und im Sinne der Erfindung als Neutralfläche bezeichnet ist. Diese Neutralfläche trifft entlang einer nachfolgend als Eintrittslinie bezeichneten Linie auf den Magnetpol oder einen an diesem angeordneten Polschuh. Die Eintrittslinie liegt bei rotationssymmetrischer Ausführung der Magnetanordnung in einer senkrecht zur Mittellängsachse der Anordnung verlaufenden Ebene. Bei nicht in einer Ebene liegender Eintrittslinie sei deren mittlere Position in Längsrichtung in entsprechender Weise angenommen. Das Magnetfeld einer einzelnen Ringspule oder das radiale Magnetfeld eines Hall-Thrusters mit ringförmiger Kammergeometrie zeigt keine solche den Kammerausgang überspannende Neutralfläche.In a first solution variant, an advantageous field shaping is provided at the outlet of the plasma chamber with a novel course of a characteristic area designated below as the neutral surface of a magnetic field determined by a magnetic ring arrangement, in particular a permanent magnet ring with longitudinally spaced magnetic poles. It can be shown that such a permanent magnet ring at the output of the plasma chamber, as he is already in the DE 101 30 464 A1 is present at its pointing in the beam direction end generates a magnetic field, which both inside the plasma chamber, ie radially inside the magnetic ring, closed magnetic field lines and on the outside of the plasma chamber, ie radially outside the plasma chamber and the magnetic ring, closed magnetic field lines and between these two Groups of magnetic field lines has a fictitious separation surface which spans the output opening of the plasma chamber and is referred to in the context of the invention as a neutral surface. This neutral surface strikes the magnetic pole along a line designated below as an entry line or a pole shoe arranged thereon. The entry line is in rotationally symmetrical design of the magnet assembly in a plane perpendicular to the central longitudinal axis of the arrangement plane. In the case of an entry line not lying in a plane, its mean position in the longitudinal direction is assumed to be corresponding. The magnetic field of a single toroid or the radial magnetic field of a Hall thruster with annular chamber geometry does not show such a neutral surface spanning the chamber exit.

Während bei der aus der DE 101 30 464 A1 bekannten Anordnung eine solche Neutralfläche eine deutliche Aufwölbung gegen die Längsposition der Eintrittslinie in Strahlrichtung des Plasmastrahls zeigt, ist gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, das Magnetfeld in diesem Bereich so zu formen, dass eine solche Neutralfläche innerhalb eines Bereichs in Längsrichtung liegt, welcher in Strahlrichtung maximal 10% des größten Durchmessers der Eintrittslinie gegen die Längsposition der Eintrittslinie in Strahlrichtung versetzt endet, d. h. dass die nach dieser Bemessung maximal zulässige Aufwölbung der Neutralfläche in Strahlrichtung gegenüber der bekannten Anordnung wesentlich verringert ist.While at the out of the DE 101 30 464 A1 According to the present invention, such a neutral surface exhibits a clear bulge against the longitudinal position of the entry line in the jet direction of the plasma jet. According to the present invention, the magnetic field in this region is shaped in such a way that such a neutral surface lies within a region in the longitudinal direction which maximizes in the beam direction 10% of the largest diameter of the entry line offset from the longitudinal position of the entry line offset in the beam direction, ie that the maximum permissible according to this design curvature of the neutral surface in the beam direction compared to the known arrangement is substantially reduced.

Es zeigt sich überraschend, dass eine solche Magnetfeldformung zu einer deutlich verringerten Strahldivergenz und damit zu einer höheren Effizienz der Anordnung als Antrieb bei Raumflugkörpern führt.It shows up surprisingly that such magnetic field shaping leads to a significantly reduced beam divergence and thus to a higher one Efficiency of the arrangement as a drive in spacecraft leads.

Vorteilhafterweise ist die Aufwölbung der Neutralfläche in Strahlrichtung des Plasmastrahls vollständig aufgehoben. In bevorzugter Ausführungsform ist die Neutralfläche entgegen der Strahlrichtung gegen die Längsposition der Eintrittslinie in die Plasmakammer eingezogen, was nachfolgend auch als konkaver Verlauf der Neutralfläche im Gegensatz zu konvexem Verlauf bei der aus der DE 101 30 464 A1 bekannten Anordnung bezeichnet wird. Maßgebend sei dabei jeweils der Durchtrittsbereich des ausgestoßenen Plasmastrahls durch die Neutralfläche, insbesondere der typischerweise auf der Mittellängsachse des Plasmastrahls liegende Scheitelpunkt einer Wölbung der Neutralfläche.Advantageously, the bulging of the neutral surface in the beam direction of the plasma jet is completely canceled. In a preferred embodiment, the neutral surface is retracted against the beam direction against the longitudinal position of the entry line into the plasma chamber, which is hereinafter also referred to as concave course of the neutral surface in contrast to convex course in the DE 101 30 464 A1 known arrangement is called. In each case, the passage region of the ejected plasma jet through the neutral surface, in particular the apex of a curvature of the neutral surface, typically lying on the central longitudinal axis of the plasma jet, is decisive.

Die Magnetfeldformung in der angegebenen Art ist dem Fachmann mit geläufigen Mitteln, insbesondere dem Einsatz von feldformenden Polschuhen, Variationen der magnetischen Flussdichte in Längsrichtung etc. möglich. Vorteilhafte Beispiele sind anhand der Abbildungen noch beschrieben.The Magnetic field shaping in the specified manner is known to those skilled in the art with common means, in particular the use of field-shaping pole shoes, variations the magnetic flux density in the longitudinal direction, etc. possible. advantageous Examples are described below with reference to the figures.

Eine andere Lösungsvariante sieht vor, die Plasmakammer in dem Längsabschnitt vor der Ausgangsöffnung der Plasmakammer sich quer zur Strahlrichtung erweiternd auszubilden. Die Kammergeometrie kann dann nicht mehr im strengen Sinne als zylindrisch angesehen werden. Überraschenderweise führt die Aufweitung der Plasmakammer im Bereich vor der Ausgangsöffnung der Kammer nicht zu einer Aufweitung, sondern zu einer Verringerung der Divergenz des Plasmastrahls. Die Aufweitung als Durchmesservergrößerung der Plasmakammer in Längsrichtung fortschreitend kann linear oder nicht linear erfolgen. Vorteilhafterweise liegt der Konuswinkel der Aufweitung bei nichtlinearem Verlauf der mittleren Aufweitung, bei wenigstens 5°, vorzugsweise wenigstens 10° und höchstens 30°, vorzugsweise höchstens 20°.A other solution variant provides the plasma chamber in the longitudinal section in front of the exit opening of the Plasma chamber to form widening transverse to the beam direction. The chamber geometry can then no longer in the strict sense as cylindrical be considered. Surprisingly leads the Widening of the plasma chamber in the area in front of the exit opening of the Not to an expansion, but to a reduction in Divergence of the plasma jet. The expansion as an increase in diameter of Plasma chamber in the longitudinal direction progressive can be linear or non-linear. advantageously, is the cone angle of the expansion in nonlinear course of average expansion, at least 5 °, preferably at least 10 ° and at most 30 °, preferably at most 20 °.

Die Aufweitung erstreckt sich in Längsrichtung vorteilhafterweise nur über einen Teil der Längserstreckung der Plasmakammer. Vorteilhafterweise erstreckt sich die Aufweitung in Längsrichtung wenigstens über den überwiegenden Teil des Abstands der Magnetpole der Magnetringanordnung am Ausgang der Plasmakammer, insbesondere wenigstens über den gesamten Abstand der Magnetpole. Bei in Längsrichtung mehrstufiger Magnetringanordnung um die Plasmakammer kann der Längsbereich der Aufweitung der Plasmakammer sich auch entgegen der Strahlrichtung über die am Ausgang der Plasmakammer angeordnete Magnetringstufe in die in Richtung der Anode nächste Magnetringstufe fortsetzen.The Expansion extends in the longitudinal direction advantageously only about a part of the longitudinal extent the plasma chamber. Advantageously, the expansion extends longitudinal at least about the predominant Part of the distance of the magnetic poles of the magnetic ring arrangement at the output the plasma chamber, in particular at least over the entire distance of the Magnetic poles. In the longitudinal direction Multilevel magnetic ring arrangement around the plasma chamber can be the longitudinal area the expansion of the plasma chamber also against the beam direction on the arranged at the output of the plasma chamber magnetic ring in the in Direction of the anode next Continue magnetic ring stage.

Gemäß einen weiteren vorteilhaften Lösungsansatz ist vorgesehen, das Magnetfeld in der Plasmakammer in der Weise zu formen, dass in einem Längsbereich zwischen den beiden Magnetpolen der am Ausgang der Plasmakammer angeordneten Magnetringanordnung, in welchem die Längskomponente des Magnetfeld gegenüber der Radialkomponente überwiegt, die über den Kammerquerschnitt gemittelte magnetische Flussdichte asymmetrisch gegen eine mittlere Längsposition in Längsrichtung abnimmt. Das Magnetfeld weitet sich anschaulich in Längsrichtung auf. Es zeigt sich überraschend, dass eine solche Aufweitung des Magnetfelds zu einer geringeren Divergenz des ausgestoßenen Plasmastrahls führt. Vorzugsweise ist der betrachtete mittlere Längs bereich von beiden Magnetpolen der Magnetringanordnung um jeweils 20% der Länge der Magnetringanordnung von beiden Magnetpolen beabstandet.According to a further advantageous approach, it is provided to form the magnetic field in the plasma chamber in such a way that in ei In a longitudinal region between the two magnetic poles of the arranged at the output of the plasma chamber magnetic ring assembly, in which the longitudinal component of the magnetic field over the radial component predominates, the average over the chamber cross-section magnetic flux density decreases asymmetrically against a mean longitudinal position in the longitudinal direction. The magnetic field expands vividly in the longitudinal direction. It is surprisingly found that such a widening of the magnetic field leads to a lower divergence of the ejected plasma jet. Preferably, the considered central longitudinal region of both magnetic poles of the magnetic ring assembly is spaced by 20% of the length of the magnetic ring assembly of both magnetic poles.

Möglichkeiten zu einer derartigen Gestaltung des Magnetfelds sind dem Fachmann an sich bekannt. Einzelbeispiele sind anhand der Abbildungen noch veranschaulicht.options to such a design of the magnetic field are those skilled in the art known in itself. Individual examples are still based on the illustrations illustrated.

Gemäß einer weiteren Lösungsvariante ist vorgesehen, den magnetischen Fluss außerhalb der Plasmakammer innerhalb der Magnetringanordnung in Strahlrichtung abnehmend zu gestalten. Die Magnetringanordnung enthält vorzugsweise einen Permanentmagnetring mit in Längsrichtung entgegen gerichteten Magnetpolen. Möglichkeiten zu einer derartigen Gestaltung des inneren Magnetflusses sind dem Fachmann an sich geläufig und können insbesondere eine inhomogene Magnetisierung eines permanentmagnetischen Materials und/oder eine in Strahlrichtung abnehmende Querschnittsfläche eines Permanentmagnetrings als interne Eigenschaften eines Permanentmagnetrings, aber auch eine magnetische Abschirmvorrichtung an der Außenseite der Magnetringanordnung und/oder eine magnetische Kurzschlussanordnung an der Außenseite der Magnetanordnung jeweils mit in Längsrichtung variierender Wirkung beinhalten.According to one another solution variant is provided, the magnetic flux outside the plasma chamber within to make the magnetic ring arrangement decreasing in the beam direction. The magnetic ring arrangement contains preferably a permanent magnet ring with in the longitudinal direction oppositely directed Magnetic poles. options to such a design of the internal magnetic flux are the Professional in itself and can in particular an inhomogeneous magnetization of a permanent magnetic Material and / or decreasing in the beam direction cross-sectional area of a Permanent magnet ring as internal properties of a permanent magnet ring, but also a magnetic shielding device on the outside of the Magnetic ring arrangement and / or a magnetic short circuit arrangement on the outside the magnet arrangement in each case with varying effect in the longitudinal direction include.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht. Dabei zeigt:The The invention is based on preferred embodiments illustrated in detail with reference to the figures. there shows:

1 einen Querschnitt durch eine bekannte Anordnung, 1 a cross section through a known arrangement,

2 eine Ausführungsform mit reduzierter Aufwölbung der Neutralfläche des Magnetfelds, 2 an embodiment with reduced bulging of the neutral surface of the magnetic field,

3 einen entgegen der Strahlrichtung eingewölbten Verlauf der Neutralfläche, 3 a curved against the beam direction course of the neutral surface,

4 eine sich erweiternde Kammergeometrie, 4 an expanding chamber geometry,

5 einen Ringmagnet mit magnetischer Abschirmung, 5 a ring magnet with magnetic shielding,

6 eine Magnetfeldaufweitung in der Plasmakammer, 6 a magnetic field expansion in the plasma chamber,

7 eine weitere Ausführungsform. 7 another embodiment.

In 1 ist eine aus der DE 101 30 464 A1 bekannte Anordnung als Schnittbild in einer die Mittellängsachse der Plasmakammer enthaltenden Schnittebene schematisch skizziert, wobei wegen der Rotationssymmetrie der Plasmakammer PK mit der Kammerwand KW und der Magnetanordnung um die Mittellängsachse ML der Übersichtlichkeit halber nur eine Hälfte des Schnittbilds in der Abbildung rechts von der Mittellängsachse gezeichnet ist.In 1 is one of the DE 101 30 464 A1 known arrangement as a sectional view in a plane containing the central longitudinal axis of the plasma chamber schematically outlined, being drawn because of the rotational symmetry of the plasma chamber PK with the chamber wall KW and the magnet arrangement about the central longitudinal axis ML for clarity, only one half of the sectional image in the figure to the right of the central longitudinal axis ,

Die Mittellängsachse ML fällt mit einer eingezeichneten z-Achse zusammen, welche die Strahlrichtung des ausgestoßenen Plasmastrahls angibt. Der Plasmastrahl ist um die z-Achse räumlich verteilt und nach dem bei zA liegenden Ausgang der Plasmakammer divergent.The central longitudinal axis ML falls with an indicated z-axis, which the beam direction of the expelled one Indicates plasma jet. The plasma jet is spatially distributed around the z-axis and Divergent after the exit of the plasma chamber at zA.

Außerhalb der Plasmakammer ist eine gebräuchliche Kathode KA angedeutet, welche als Quelle für Primärelektronen zur Zündung des Plasmas und zur Neutralisierung des ausgestoßenen Plasmastrahls dient. Zwischen der Kathode KA und einer am Fuß der Plasmakammer den Ausgang entgegen gesetzt angeordneten Anode AN besteht ein elektrostatisches Feld, welches innerhalb der Plasmakammer in bekannter Weise im wesentlichen parallel zur z-Achse verläuft.Outside the plasma chamber is a common one Cathode KA indicated, which as a source of primary electrons to ignite the Plasma and to neutralize the ejected plasma jet is used. Between the cathode KA and one at the foot of the plasma chamber the output oppositely arranged anode AN consists of an electrostatic Field, which within the plasma chamber in a known manner substantially parallel to the z-axis.

Die außerhalb der Kammerwand KW angeordnete Magnetanordnung ist dreistufig mit einem ersten Magnetring MR1, einem zweiten Magnetring MR2 und einem dritten Magnetring MR3 aufgebaut, welche die Plasmakammer umgeben und deren Magnetpole jeweils in z-Richtung gegeneinander versetzt sind. Die Polausrichtung der aufeinander folgenden Magnetringe aus permanentmagnetischem Material ist abwechselnd entgegen gesetzt, so dass sich jeweils gleiche Pole N-N, S-S unmittelbar benachbarter Magnetringe gegenüberstehen, wodurch sich in den Bereichen zwischen erstem und zweitem Magnetring und zwischen zweitem und drittem Magnetring jeweils cusp-Strukturen des Magnetfelds in der Kammer ausbilden. Vorteilhafterweise können zwischen aufeinander folgende Magnetringe Polschuhe P12 bzw. P23 eingefügt sein. Die Magnetringe können in gleichen oder verschiedenen Stärken magnetisiert sein.The outside the chamber wall KW arranged magnet arrangement is in three stages with a first magnetic ring MR1, a second magnetic ring MR2 and a constructed third magnetic ring MR3, which surround the plasma chamber and whose magnetic poles are offset from each other in the z-direction are. The polar alignment of the successive magnetic rings permanent magnetic material is alternately set opposite, so that in each case the same poles N-N, S-S immediately adjacent Face magnet rings, resulting in the areas between the first and second magnetic ring and between the second and third magnet ring respectively cusp structures of the magnetic field in the chamber. Advantageously, between be inserted successive magnet rings pole pieces P12 or P23. The magnetic rings can be magnetized in the same or different strengths.

Die Magnetringe MR1, MR2, MR3 sind in Längsrichtung im wesentlichen gleich lang. Die Länge LS1 der ersten Magnetstufe der Magnetanordnung sei von dem in Strahlrichtung weisenden Pol N des ersten Magnetrings MR1 bei ZE bis zum Schwerpunkt des Eintritts der Magnetfeldlinien in dem Polschuh P12, die Länge LS2 der zweiten Magnetstufe von Polschuh P12 zum Polschuh P23 und die Länge LS3 der dritten Magnetstufe vom Polschuh P23 bis zur Anode AN gemessen. Die Magnetstufen M1, M2, M3 seien den Längsbereichen von LS1, LS2, LS3 entsprechend zugeordnet. Die mit N und S bezeichneten Magnetpole können auch vertauscht sein. Die Plasmakammer ist kreiszylindrisch um die Mittellängsachse mit einer Länge LS1 + LS2 + LS3, die größer ist als der Durchmesser 2RK der Kammer.The magnetic rings MR1, MR2, MR3 are substantially the same length in the longitudinal direction. The length LS1 of the first magnetic stage of the magnet arrangement is from the pointing in the beam direction pole N of the first magnetic ring MR1 at ZE to Schwer Point of entry of the magnetic field lines in the pole piece P12, the length LS2 of the second magnetic stage of pole piece P12 to the pole piece P23 and the length LS3 of the third magnetic stage measured from the pole piece P23 to the anode AN. The magnetic stages M1, M2, M3 are correspondingly assigned to the longitudinal areas of LS1, LS2, LS3. The magnetic poles designated N and S can also be reversed. The plasma chamber is circular cylindrical about the central longitudinal axis with a length LS1 + LS2 + LS3 which is greater than the diameter 2RK of the chamber.

Das mit einer derartigen Magnetanordnung erzeugte Magnetfeld zeigt gegenüber Magnetfeldern gebräuchlicher Magnetanordnungen, z. B. mit Ringspulen um die Plasmakammer und/oder mit einem zentralen Pol in der Kammer und einem ringförmigen Pol um die Kammer und/oder mit ringförmiger Kammergeometrie und im wesentlichen radialem Magnetfeld einige Besonderheiten, welche nachfolgend insbesondere bezüglich der ersten Magnetstufe beim Ausgang der Plasmakammer wesentlich sind.The The magnetic field generated with such a magnet arrangement is more common with magnetic fields Magnetic arrangements, z. B. with toroids around the plasma chamber and / or with a central pole in the chamber and an annular pole around the chamber and / or with annular Chamber geometry and essentially radial magnetic field some peculiarities which subsequently, in particular with respect to the first magnetic stage are essential at the exit of the plasma chamber.

Das Magnetfeld der ersten Magnetstufe verläuft innerhalb der Plasmakammer im Bereich der cusp-Struktur bei dem Polschuh P12 mit hoher Dichte der Magnetfeldlinien überwiegend quer zur Längsrichtung z. In einem mittleren Längsbereich LM zwischen den entgegen gesetzten Polen der ersten Magnetstufe verläuft deren Magnetfeld überwiegend parallel zur Längsrichtung z, insbesondere in einem mittleren Längsbereich, welcher von beiden Enden der ersten Magnetstufe um ca. 20% der Länge LS1 der ersten Magnetstufe beabstandet ist. In diesem Bereich nimmt die magnetische Flußdichte typischerweise in radialer Richtung zur Kammerwand hin zu. Die eingezeichneten Feldlinien sind nicht quantitativ zu verstehen.The Magnetic field of the first magnetic stage runs within the plasma chamber in the area of the cusp structure in the pole shoe P12 with high density the magnetic field lines predominantly transverse to the longitudinal direction z. In a middle longitudinal area LM between the opposite poles of the first magnetic stage extends their magnetic field predominantly parallel to the longitudinal direction z, in particular in a central longitudinal region, which of both Ends of the first magnetic stage by about 20% of the length LS1 of the first magnetic stage is spaced. In this area, the magnetic flux density decreases typically in the radial direction toward the chamber wall. The marked Field lines are not quantitative.

Das von dem in Strahlrichtung weisenden Magnetpol N des ersten Magnetrings MR1 ausgehende Magnetfeld ist teilweise über mit MI bezeichnete Feldlinien durch die Plasmakammer radial innerhalb des ersten Magnetrings und teilweise über mit ME bezeichnete Magnetfeldlinien außerhalb der Plasmakammer radial außerhalb des ersten Magnetrings geschlossen. Die außerhalb geschlossenen Magnetfeldlinien sind nur in ihrem Ansatz eingezeichnet. Die Raumbereiche der Magnetfeldlinien MI und der Magnetfeldlinien ME sind durch eine fiktive Trennfläche NF gegeneinander abgeteilt, welche nachfolgend als Neutralfläche bezeichnet ist. Diese Neutralfläche überspannt die Ausgangsöffnung der Plasmakammer und trifft entlang einer als Eintrittslinie EL bezeichneten Linie auf den Magnetring. Durch die Rotationssymmetrie der Anordnung ist die Neutralfläche NF gleichfalls rotationssymmetrisch und die Eintrittslinie bildet eine Kreislinie in der Ebene des Magnetpols bei zE. Die Neutralfläche NF ist gegen die senkrecht zur z-Achse bei zE liegende Ebene, in der die Eintrittslinie EL liegt, um ein mit WS bezeichnetes Maß in Strahlrichtung aufgewölbt und schneidet die Mittellängsachse ML bei zS, WS = zS – zE. Der Radius der Eintrittslinie EL um die z-Achse ist mit RE bezeichnet. Das Verhältnis WS/RE liegt bei der bekannten Anordnung typischerweise zwischen 0,5 und 1. Das Magnetfeld einer im Stand der Technik häufig eingesetzten Ringspule zeigt keine solche den Kammerausgang überspannende Neutralfläche.The from the pointing in the beam direction magnetic pole N of the first magnetic ring MR1 outgoing magnetic field is partly due to MI designated field lines through the plasma chamber radially inside the first magnet ring and partly with ME designated magnetic field lines outside the plasma chamber radially outside the first magnetic ring closed. The outside closed magnetic field lines are only drawn in their approach. The spatial areas of the magnetic field lines MI and the magnetic field lines ME are by a fictitious separation surface NF against each other divided, which is hereinafter referred to as neutral area. This neutral surface spans the exit opening the plasma chamber and strikes along as an entry line EL designated line on the magnetic ring. Due to the rotational symmetry the arrangement is the neutral area NF also rotationally symmetric and the entry line forms a Circular line in the plane of the magnetic pole at zE. The neutral area is NF against the plane perpendicular to the z-axis at zE level in which the Entry line EL is a measure denoted by WS in the beam direction bulged and cuts the central longitudinal axis ML at zS, WS = zS - zE. Of the Radius of the entry line EL about the z-axis is denoted by RE. The relationship WS / RE is typically intermediate in the known arrangement 0.5 and 1. The magnetic field of a commonly used in the prior art Annular coil shows no such neutral area spanning the chamber exit.

Die vorstehend anhand der Ausführung aus dem Stand der Technik vorgenommenen Erläuterungen und Definitionen sind bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung übernommen, soweit nicht anderes, abweichendes ausgeführt ist.The above with reference to the embodiment prior art explanations and definitions are in the following embodiments taken over by the present invention, unless otherwise stated otherwise.

In 2 ist eine erste Ausführungsform der Erfindung skizziert, bei welcher die mit WS bezeichnete Aufwölbung der Neutralfläche NF in Strahlrichtung z gegenüber der Ebene der Eintrittslinie EL dieser Neutralfläche in die Magnetanordnung gegenüber dem in 1 skizzierten Feld erheblich verringert ist. Es zeigt sich, dass mit einer solchen verringerten Aufwölbung, welche weitergehend auch zu einer im wesentlichen ebenen Neutralfläche oder gar zu einer entgegen der Strahlrichtung konkav gewölbten Neutralfläche weiter geführt werden kann, in Verbindung mit dem Magnetfeld in der beim Ausgang liegenden Magnetstufe eine deutlich verringerte Divergenz des ausgestoßenen Plasmastrahls bewirkt, ohne die Vorteile der aus dem Stand der Technik nach 1 bekannten Magnetfeldanordnung aufzugeben. Das Magnetfeld in der Magnetstufe vor dem Ausgang ist insbesondere gekennzeichnet durch zwei die Plasmakammer PK ringförmig umgebende und zueinander in Längsrichtung z beabstandete Magnetpole N und S, welche vorzugsweise durch einen in Längsrichtung z magnetisierten Ringmagnetkörper MR1 gebildet sind. Das Magnetfeld innerhalb der Kammer verläuft in einem mittleren Bereich überwiegend parallel zur Längsrichtung und verläuft im Bereich zwischen der ersten und der zweiten Magnetstufe M1, M2 im Bereich des Polschuhs P12 im wesentlichen radial. Insbesondere bildet das Magnetfeld zwischen der ersten Magnetstufe mit Magnetringanordnung MR1 und der zweiten Magnetstufe mit Magnetringanordnung MR2 eine Cusp-Struktur CS, wie an sich aus dem Stand der Technik bekannt. Im Bereich des in Strahlrichtung weisenden Magnetpols N der Magnetringanordnung MR1 sind die Feldlinien von den vorwiegend zur Längsrichtung parallelen Verlauf von der Mittellängsachse ML weg umgelenkt nach außen und verlaufen in der skizzierten Ausführung mit dem Polschuh auf diesen zu im wesentlichen radial. Das Verhältnis der Größe WS in z-Richtung zum Durchmesser 2RE der Eintrittslinie EL beträgt vorteilhafterweise maximal 0,1. Bei konkaver Einwölbung der Neutralfläche NF entgegen der Strahlrichtung sei der Wert für WS als negativ betrachtet, so dass unabhängig vom Betrag der konkaven Einwölbung die vorgenannte Relation WS/2RE < 0,1 immer gilt. Für die Erzeugung eines Magnetfeldes mit der beschriebenen verringerten Aufwölbung WS sind dem Fachmann an sich verschiedene Maßnahmen aus Theorie und Praxis der Magnetfeldformung bekannt. Im skizzierten Beispiel ist als vorteilhafte Maßnahme der Einsatz eines weichmagnetischen Polschuhs PSA an dem in Strahlrichtung weisenden Magnetpol N der Magnetringanordnung MR1 vorgesehen.In 2 a first embodiment of the invention is sketched, in which the bulge designated by WS of the neutral surface NF in the beam direction z with respect to the plane of the entry line EL of this neutral surface in the magnet arrangement relative to the in 1 sketched field is significantly reduced. It turns out that with such a reduced bulge, which can be continued to a substantially even neutral surface or even to a counter to the beam direction concave curved neutral surface continues, in conjunction with the magnetic field in the output at the magnetic stage a significantly reduced divergence of the ejected plasma jet, without the advantages of the prior art 1 abandon known magnetic field arrangement. The magnetic field in the magnetic stage in front of the outlet is characterized in particular by two magnetic poles N and S annularly surrounding the plasma chamber PK and spaced apart in the longitudinal direction z, which are preferably formed by a ring magnet body MR1 magnetized in the longitudinal direction z. The magnetic field within the chamber extends in a central region predominantly parallel to the longitudinal direction and extends in the region between the first and the second magnetic stage M1, M2 in the region of the pole piece P12 substantially radially. In particular, the magnetic field between the first magnet stage with magnet ring arrangement MR1 and the second magnet stage with magnet ring arrangement MR2 forms a cusp structure CS, as known per se from the prior art. In the region of the magnetic pole N pointing in the direction of the radiation of the magnetic ring arrangement MR1, the field lines are deflected away from the longitudinal axis parallel to the longitudinal direction, away from the central longitudinal axis ML and extend in the sketched embodiment with the pole shoe to this substantially radially. The ratio of the size WS in the z-direction to the diameter 2RE of the entry line EL is advantageously at most 0.1. With concave indentation of the neutral surface NF against the beam direction, the value for WS is considered negative, so that inde pendent the above relation WS / 2RE <0.1 always holds true for the amount of concave curvature. For the generation of a magnetic field with the reduced curvature WS described, various measures from the theory and practice of magnetic field shaping are known to the person skilled in the art. In the example outlined, the use of a soft-magnetic pole piece PSA is provided on the magnetic pole N of the magnetic ring arrangement MR1 pointing in the beam direction as an advantageous measure.

Ein weiterer Beitrag zur Verringerung der Aufwölbung WS der Neutralfläche NF kann durch eine Dimensionierung der Magnetstufe am Ausgang der Plasmakammer in der Weise erfolgen, dass der Abstand der Magnetpole bzw. bei Verwendung von Polschuhen der Abstand der entsprechenden Längspositionen an den Polschuhen als Länge LS1 der Magnetstufe M1 abweichend vom Stand der Technik nach 1 größer als der Durchmesser der Plasmakammer, vorzugsweise größer als das 1,5-fache des Durchmessers der Plasmakammer gewählt wird.A further contribution to reducing the bulge WS of the neutral surface NF can be done by dimensioning the magnetic stage at the outlet of the plasma chamber in such a way that the distance of the magnetic poles or when using pole pieces, the distance of the corresponding longitudinal positions on the pole pieces as the length LS1 of the magnetic stage M1 deviating from the prior art according to 1 greater than the diameter of the plasma chamber, preferably greater than 1.5 times the diameter of the plasma chamber is selected.

In 3 ist ein Ausschnitt einer Ausgestaltung des Magnetfelds im Bereich des Ausgangs der Plasmakammer skizziert, bei welcher die beschriebene Neutralfläche NF im Bereich der Mittellängsachse ML entgegen der Strahlrichtung auf z = zS gegen die Ebene der Eintrittslinie der Neutralebene bei z = zE zurückgesetzt ist. Die Neutralfläche ist dabei entgegen der Strahlrichtung gekrümmt konkav eingewölbt.In 3 a section of an embodiment of the magnetic field in the region of the output of the plasma chamber is sketched, in which the described neutral surface NF in the region of the central longitudinal axis ML against the beam direction to z = zS is reset against the plane of the entry line of the neutral plane at z = zE. The neutral surface is arched concavely against the beam direction.

4 zeigt eine weitere Maßnahme zur vorteilhaften Formung des Magnetfelds insbesondere in einem mittleren Längsbereich LD zwischen Längspositionen Z1 und Z2. In Übereinstimmung mit der Ausführungsform nach 2 ist in 4 an dem in Strahlrichtung weisenden Pol N der Magnetringanordnung MT1 ein Polschuh PSA angeordnet. 4 shows a further measure for advantageous shaping of the magnetic field, in particular in a central longitudinal region LD between longitudinal positions Z1 and Z2. According to the embodiment according to 2 is in 4 arranged on the pointing in the beam direction pole N of the magnetic ring assembly MT1 a pole piece PSA.

In dem Längsbereich LD sind zwei in Längsrichtung beabstandete Feldpositionen F1 und F2 betrachtet. Gemäss einer vorteilhaften Variante der vorliegenden Erfindung ist das Magnetfeld zwischen den in Längsrichtung beabstandeten entgegen gesetzten Magnetpolen der Magnetringanordnung am Ausgang der Plasmakammer in dem mittleren Längsbereich LD, für welchen vorzugsweise ein Längsbereich im Abstand von ca. 20% der Länge der Magnetstufe von beiden Magnetpolen betrachtet wird, sich in Längsrichtung von Z2 in Richtung Z1 im Mittel aufweitend in dem Sinne, dass die korrespondierenden Feldlinien im Feldbereich F1 gegenüber dem bezüglich der Mitte der Magnetstufe M1 in Längsrichtung symmetrisch zu F1 liegenden Feldbereich F2 radial weiter nach außen rücken und somit die magnetische Flußdichte und der gesamte magnetische Fluß zumindest in einem überwiegenden radialen Bereich des Durchmessers der Plasmakammer um die Mittellängsachse ML in Strahlrich tung abnehmen. Es zeigt sich, dass eine solche Divergenz der Magnetfeldlinien in einem solchen mittleren Längsbereich überraschenderweise zu einer verringerten Divergenz des ausgestoßenen Plasmastrahls führt.In the longitudinal area LD are two longitudinal considered spaced field positions F1 and F2. According to one advantageous variant of the present invention is the magnetic field between the longitudinal spaced opposite magnetic poles of the magnetic ring assembly at the exit of the plasma chamber in the central longitudinal region LD, for which preferably a longitudinal area at a distance of approx. 20% of the length the magnetic stage of both magnetic poles is considered in longitudinal direction from Z2 towards Z1 on average widening in the sense that the corresponding field lines in the field area F1 with respect to in terms of the center of the magnetic stage M1 in the longitudinal direction symmetrical to F1 lying field area F2 radially further outward and thus the magnetic flux density and the entire magnetic flux at least in a predominant one Radial region of the diameter of the plasma chamber about the central longitudinal axis Remove ML in beam direction. It turns out that such a divergence the magnetic field lines in such a central longitudinal area surprisingly leads to a reduced divergence of the ejected plasma jet.

Für die Formung eines solchen Magnetfeldverlaufs sind dem Fachmann an sich wiederum verschiedene Maßnahmen bekannt. In der skizzierten Ausführungsform ist vorgesehen, eine solche Feldformung dadurch zu erreichen, dass in einem Permanentring MT1 als Magnetringanordnung der Magnetstufe am Ausgang der Plasmakammer in Längsrichtung eine Verminderung des magnetischen Flusses innerhalb des Ringkörpers des Permanentmagneten erfolgt. Dies kann vorteilhafterweise wie skizziert dadurch geschehen, dass die radiale Dicke des Magnetrings MT1 in Längsrichtung von dem Pol S in Richtung des Pols N abnimmt, wobei eine räumlich homogene Magnetisierung des Permanentrings MT1 angenommen sei.For the shaping Such a magnetic field course are in turn known to those skilled in the art different measures known. In the sketched embodiment is intended to achieve such field shaping in that in a permanent ring MT1 as magnetic ring arrangement of the magnetic stage at the exit of the plasma chamber in the longitudinal direction a reduction of the magnetic flux within the ring body of the Permanent magnets takes place. This can be advantageously as outlined be done by the radial thickness of the magnet ring MT1 in longitudinal direction decreases from the pole S in the direction of the pole N, wherein a spatially homogeneous Magnetization of the permanent ring MT1 was assumed.

In 5 ist eine Anordnung skizziert, welche in einem mittleren Längsbereich LD einen zu 4 vergleichbaren Feldverlauf aufweist. Zur Erzielung des Feldverlaufs ist in diesem Beispiel an der Außenseite eines Magnetrings MR1 mit konstanter radialer Dicke eine magnetische Abschirmung AM z. B. in Form eines weichmagnetischen Materials angebracht, deren Abschirmwirkung, z. B. durch zunehmende radiale Dicke, in Strahlrichtung z zunimmt. Die in Längsrichtung variierende Abschirmung zeigt einen ähnlichen Effekt wie die abnehmende radiale Dicke des Magnetrings MT1 nach 4. Die Geometrie des Permanentmagnetrings nach 3 und die magnetische Abschirmung nach 5 können besonders vorteilhaft gemeinsam realisiert sein.In 5 an arrangement is sketched, which in a central longitudinal area LD to one 4 has comparable field profile. To achieve the field profile is in this example on the outside of a magnet ring MR1 with a constant radial thickness, a magnetic shield AM z. B. attached in the form of a soft magnetic material, the shielding effect, z. B. by increasing radial thickness, increases in the beam direction z. The longitudinally varying shield detects a similar effect as the decreasing radial thickness of the magnet ring MT1 4 , The geometry of the permanent magnet ring after 3 and the magnetic shield after 5 can be realized particularly advantageous together.

6 zeigt eine Anordnung mit sich aufweitender Geometrie der Plasmakammer. Die Kammerwand KW sei in einem der Anode zuweisenden Abschnitt wie in 1 als zylindrisch angenommen. In der Magnetstufe am Ausgang der Plasmakammer weitet sich die Kammerwand KW radial auf von einem anfänglichen Radius RC zu einem Radius RM am Ausgang der Plasmakammer. Die radiale Aufweitung RM – RC liegt vorteilhafterweise im Bereich zwischen 5% und 75% von RM. Es zeigt sich, dass die Aufweitung der Plasmakammer über einen beim Ausgang der Plasmakammer, insbesondere bei der am Ausgang der Plasmakammer liegenden Magnetstufe M1, zur Verringerung der Divergenz des ausgestoßenen Plasmastrahls beiträgt. Die Aufweitung der Plasmakammer erstreckt sich nicht notwendigerweise über die volle Länge der Magnetstufe M1 am Ausgang der Plasmakammer, kann sich aber auch noch in Richtung der Anode in die Magnetstufe M2 fortsetzen. Vorzugsweise ist zumindest im Längsbereich der Magnetanordnung bei der Anode, nach 1 LS3 der Magnetstufe M3, die Plasmakammer im wesentlichen zylindrisch ausgeführt. 6 shows an arrangement with expanding geometry of the plasma chamber. The chamber wall KW is in an anode-assigning section as in 1 assumed as cylindrical. In the magnetic stage at the exit of the plasma chamber, the chamber wall KW expands radially from an initial radius RC to a radius RM at the exit of the plasma chamber. The radial expansion RM - RC is advantageously in the range between 5% and 75% of RM. It can be seen that the widening of the plasma chamber via a magnetic field M1 at the output of the plasma chamber, in particular at the output of the plasma chamber, contributes to reducing the divergence of the ejected plasma jet. The expansion of the plasma chamber does not necessarily extend over the full length of the magnetic stage M1 at the output of the plasma chamber, but may also continue in the direction of the anode in the magnetic stage M2. Preferably, at least in the longitudinal region of the magnet arrangement at the anode, after 1 LS3 of the magnetic stage M3, the plasma chamber is made substantially cylindrical.

Eine Magnetringanordnung MS1 in der Magnetstufe am Ausgang der Plasmakammer ist in dem in 6 skizzierten Beispiel als eine Folge von Magnetringen mit in Längsrichtung fortschreitendem Innendurchmesser ausgeführt. Eine solche Magnetanordnung kann vorteilhafterweise zu dem anhand der 4 beschriebenen Effekt des sich aufweitenden Felds zwischen den in Längsrichtung beabstandeten Endpolen der Magnetringanordnung MS1 zwischen Bereichen F2 und F1 vorteilhaft beitragen. Bei der Anordnung nach 6 ist auch wiederum ein Polschuh PSA an dem in Strahlrichtung weisenden endständigen Pol der Magnetringanordnung MS1 vorgesehen.A magnetic ring arrangement MS1 in the magnetic stage at the outlet of the plasma chamber is in the in 6 sketched example as a series of magnetic rings with longitudinally progressing inside diameter executed. Such a magnet arrangement can advantageously be compared to that of FIG 4 described effect between the widening field between the longitudinally spaced end poles of the magnetic ring assembly MS1 between areas F2 and F1 contribute advantageous. In the arrangement according to 6 is again a pole piece PSA provided at the pointing in the beam direction end pole of the magnetic ring assembly MS1.

In 7 ist eine vorteilhafte Ausführung skizziert, bei welcher in Verbindung mit einer Aufweitung der Kammerwand eine Magnetanordnung MV1 vorgesehen ist, welche in der am Ausgang der Plasmakammer liegenden Magnetstufe eine Abnahme des magnetischen Flusses innerhalb der Magnetanordnung in Längsrichtung z aufweist. Dies wird im skizzierten Beispiel dadurch erzielt, dass ähnlich der 6 mehrere Magnetringe in z-Richtung aufeinanderfolgend angeord net sind, welche aber unterschiedliche, in z-Richtung stufenweise abnehmende radiale Wandstärken besitzen. Der Effekt der radialen Aufweitung des Magnetfelds in dem zu 5 geschilderten mittleren Längsbereich ist hier weiter verstärkt und die Neutralfläche NF zeigt die zu 2 beschriebene konkave Einwölbung entgegen der Strahlrichtung. Anstelle des gestuften Verlaufs der Magnetringanordnung MS1 in 6 oder MV1 in 7 kann auch ein geglätteter oder kontinuierlicher Verlauf der inneren und/oder äußeren Wandflächen dieser Magnetringanordnungen vorgesehen sein.In 7 an advantageous embodiment is sketched in which, in conjunction with a widening of the chamber wall, a magnet arrangement MV1 is provided which has a decrease in the magnetic flux within the magnet arrangement in the longitudinal direction z in the magnetic stage located at the outlet of the plasma chamber. This is achieved in the example outlined in that similar to the 6 several magnetic rings in the z-direction are successively angeord net, but which have different, gradually decreasing in the z-direction radial wall thicknesses. The effect of the radial expansion of the magnetic field in the 5 described middle longitudinal region is here further reinforced and the neutral surface NF shows the 2 described concave concavity against the beam direction. Instead of the stepped course of the magnetic ring arrangement MS1 in FIG 6 or MV1 in 7 It is also possible to provide a smoothed or continuous course of the inner and / or outer wall surfaces of these magnetic ring arrangements.

Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar. Insbesondere können die verschiedenen Maßnahmen auch in vorteilhafter Kombination realisiert sein, auch in anderen Kombinationen als in den skizzierten Beispielen angegeben. Die verschiedenen Maßnahmen können sich wechselseitig vorteilhaft ergänzen.The above and those specified in the claims as well as the figures removable features are both individually as well as in various combinations advantageously feasible. The invention is not limited to the described embodiments limited, but in the context of expert Can s changeable in many ways. In particular, the various measures also be realized in an advantageous combination, even in others Combinations as indicated in the examples outlined. The different activities can complement each other favorably.

Claims

Plasmabeschleunigeranordnung zur Erzeugung eines gerichteten Plasmastrahls mit einer Plasmakammer, die eine einfach zusammenhängende Querschnittsfläche besitzt und eine in Längsrichtung verlaufende Mittellängsachse des Plasmastrahls einschließt, mit einem zumindest überwiegend zur Mittellängsachse parallelen elektrostatischen Beschleunigungsfeld und mit einer Magnetanordnung, welche wenigstens im Ausgangsbereich eine die Plasmakammer umgebenden Magnetringanordnung mit in Längsrichtung beabstandeten Magnetpolen aufweist und ein Magnetfeld im Bereich des Ausgangs der Plasmakammer erzeugt, welches eine den Ausgang der Plasmakammer überspannende Neutralfläche aufweist, welche einen Bereich von innerhalb der Plasmakammer geschlossenen Magnetfeldlinien und einen Bereich von außerhalb der Plasmakammer geschlossenen Magnetfeldlinien der Magnetringanordnung trennt und in einer Eintrittslinie auf die Oberfläche der Magnetringanordnung trifft, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnittpunkt der Neutralfläche mit der Mittellängsachse in Längsrichtung innerhalb eines Bereichs liegt, der maximal 10% des größten Durchmessers der Eintrittslinie gegen die Eintrittslinie in Strahlrichtung versetzt endet.A plasma accelerator arrangement for generating a directed plasma jet having a plasma chamber which has a simply continuous cross-sectional area and includes a longitudinal central longitudinal axis of the plasma jet, with an electrostatic acceleration field parallel at least predominantly to the central longitudinal axis and with a magnet arrangement having at least in the exit area a magnetic ring arrangement surrounding the plasma chamber longitudinally spaced magnetic poles and generates a magnetic field in the region of the output of the plasma chamber having a the output of the plasma chamber spanning neutral area, which separates a range of closed inside the plasma chamber magnetic field lines and a range of outside of the plasma chamber magnetic field lines of the magnetic ring assembly and in a Entry line meets the surface of the magnetic ring arrangement, characterized in that the section point of the neutral surface with the central longitudinal axis in the longitudinal direction is within a range which ends maximally 10% of the largest diameter of the entry line offset from the entry line in the jet direction.

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Neutralfläche im Bereich des Durchtritts des Plasmastrahls in Strahlrichtung nicht gegen die Eintrittslinie in Strahlrichtung versetzt liegt.Arrangement according to claim 1, characterized that the neutral surface in the region of the passage of the plasma jet in the beam direction not against the entry line is offset in the beam direction.

Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Neutralfläche im Bereich des Durchtritts des Plasmastrahls gegen die Eintrittslinie entgegen der Strahlrichtung versetzt liegt.Arrangement according to claim 2, characterized that the neutral surface in the region of the passage of the plasma jet against the entry line the beam direction is offset.

Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetringanordnung einen permanentmagnetischen Ring enthält.Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized the magnetic ring arrangement contains a permanent magnetic ring.

Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens an dem in Strahlrichtung weisenden Magnetpol ein Polschuh angeordnet ist.Arrangement according to one of Claims 1 to 4, characterized that at least at the pointing in the beam direction magnetic pole Pole shoe is arranged.

Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Polschuh radial über die Magnetanordnung in die Plasmakammer ragt.Arrangement according to claim 5, characterized in that that the pole piece radially over the magnet arrangement protrudes into the plasma chamber.

Plasmabeschleunigeranordnung zur Erzeugung eines gerichteten Plasmastrahls mit einer Plasmakammer, die eine einfach zusammenhängende Querschnittsfläche besitzt und eine in Längsrichtung verlaufende Mittellängsachse des Plasmastrahls einschließt, mit einem zumindest überwiegend zur Mittellängsachse parallelen elektrostatischen Beschleunigungsfeld und mit einer Magnetanordnung, welche wenigstens im Bereich des Ausgangs der Plasmakammer eine diese umgebende Magnetringanordnung mit in Längsrichtung beabstandeten Magnetpolen aufweist und ein Magnetfeld im Bereich des Ausgangs der Plasmakammer erzeugt, welches innerhalb der Plasmakammer in einem zwischen den beabstandeten Magnetpolen liegenden und von beiden Magnetpolen in Längsrichtung beabstandeten mittleren Längsbereich überwiegend parallel zur Mittellängsachse verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass in einem in Längsrichtung zwischen den beiden beabstandeten Polen der Magnetringanordnung liegenden mittleren Längsbereich mit überwiegend zur Längsrichtung paralleler Komponente der innerhalb der Plasmakammer geschlossenen Feldlinien die magneti sche Flußdichte in Strahlrichtung abnimmt.A plasma accelerator arrangement for generating a directed plasma jet having a plasma chamber having a single coherent cross-sectional area and including a longitudinal central longitudinal axis of the plasma jet having an electrostatic acceleration field parallel at least predominantly to the central longitudinal axis and having a magnet arrangement which at least in the region of the plasma chamber exit surrounding magnetic ring arrangement having longitudinally spaced magnetic poles and generates a magnetic field in the region of the output of the plasma chamber, which extends within the plasma chamber in a lying between the spaced magnetic poles and longitudinally spaced from the two magnetic poles longitudinal middle region substantially parallel to the central longitudinal axis, characterized in that in a lying longitudinally between the two spaced poles of the magnet ring arrangement, the central longitudinal region with predominantly parallel to the longitudinal direction component of the closed field lines within the plasma chamber field lines Magneti cal flux density decreases in the beam direction.

Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetringanordnung wenigstens einen permanentmagnetischen Ring enthält.Arrangement according to claim 7, characterized that the magnetic ring arrangement at least one permanent magnetic Ring contains.

Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass an den in Längsrichtung entgegen gesetzten Magnetpolen weichmagnetische Polschuhe vorgesehen sind.Arrangement according to claim 7 or 8, characterized that at the longitudinal direction provided opposite magnetic poles soft magnetic pole pieces are.

Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Längsbereich jeweils 20% der Länge der Magnetringanordnung von beiden Magnetpolen beabstandet ist.Arrangement according to one of claims 7 to 9, characterized that the middle longitudinal area each 20% of the length the magnetic ring arrangement is spaced from both magnetic poles.

Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Magnetanordnung wenigstens gleich dem Durchmesser der Plasmakammer ist.Arrangement according to one of claims 7 to 10, characterized that the length the magnet arrangement at least equal to the diameter of the plasma chamber is.

Plasmabeschleunigeranordnung zur Erzeugung eines gerichteten Plasmastrahls mit einer Plasmakammer, die eine einfach zusammenhängende Querschnittsfläche besitzt und eine in Längsrichtung verlaufende Mittellängsachse des Plasmastrahls einschließt, mit einem zumindest überwiegend zur Mittellängsachse parallelen elektrostatischen Beschleunigungsfeld und mit einer Magnetanordnung, welche wenigstens im Bereich des Ausgangs der Plasmakammer eine diese umgebende Magnetringanordnung mit in Längsrichtung beabstandeten Magnetpolen aufweist und ein Magnetfeld erzeugt, welches innerhalb der Plasmakammer in einem zwischen den beabstandeten Magnetpolen liegenden und von beiden Magnetpolen in Längsrichtung beabstandeten mittleren Längsbereich überwiegend parallel zur Mittellängsachse verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmakam mer in einem in Längsrichtung zwischen den beabstandeten Magnetpolen liegenden Bereich sich in Strahlrichtung aufweitend verläuft.Plasma accelerator arrangement for generating a directed plasma jet with a plasma chamber, which is a simple has contiguous cross-sectional area and a longitudinal direction central longitudinal axis of the plasma jet, with one at least predominantly to the central longitudinal axis parallel electrostatic acceleration field and with a magnet arrangement, which at least in the region of the output of the plasma chamber a this surrounding magnetic ring arrangement with longitudinally spaced magnetic poles and generates a magnetic field which within the plasma chamber in a lying between the spaced magnetic poles and of two magnetic poles in the longitudinal direction spaced average longitudinal area predominantly parallel to the central longitudinal axis runs, characterized in that the Plasmakam mer in a longitudinal direction between the spaced magnetic poles lying area in the beam direction widening.

Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufweitung zwischen 5% und 75% des größten Durchmessers der Plasmakammer beträgt.Arrangement according to claim 12, characterized that the expansion is between 5% and 75% of the largest diameter of the plasma chamber.

Anordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung in Längsrichtung mehrstufig mit alternierender Polausrichtung ist und die Aufweitung der Plasmakammer sich nicht über alle Stufen erstreckt.Arrangement according to claim 12 or 13, characterized that the magnet arrangement in the longitudinal direction multi-level with alternating pole alignment and widening the plasma chamber is not over all stages extends.

Plasmabeschleunigeranordnung zur Erzeugung eines gerichteten Plasmastrahls mit einer Plasmakammer, die eine einfach zusammenhängende Querschnittsfläche besitzt und eine in Längsrichtung verlaufende Mittellängsachse des Plasmastrahls einschließt, mit einem zumindest überwiegend zur Längsachse parallelen elektrostatischen Beschleunigungsfeld und mit einer Magnetanordnung, welche wenigstens im Bereich des Ausgangs der Plasmakammer eine diese umgebende Magnetringanordnung mit in Längsrichtung beabstandeten Magnetpolen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem in Längsrichtung zwischen den beabstandeten Magnetpolen liegenden und von beiden Magnetpolen beabstandeten mittleren Längsbereich der magnetische Fluss innerhalb der Magnetringanordnung in Strahlrichtung abnimmt.Plasma accelerator arrangement for generating a directed plasma jet with a plasma chamber, which is a simple has contiguous cross-sectional area and a longitudinal direction central longitudinal axis of the plasma jet, with one at least predominantly to the longitudinal axis parallel electrostatic acceleration field and with a magnet arrangement, which at least in the region of the output of the plasma chamber a this surrounding magnetic ring arrangement with longitudinally spaced magnetic poles characterized in that in a longitudinal direction lying between the spaced magnetic poles and of both Magnetic poles spaced middle longitudinal region of the magnetic Flow within the magnetic ring arrangement decreases in the beam direction.

Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringmagnetanordnung einen permanentmagnetischen Ringmagneten enthält.Arrangement according to claim 15, characterized in that the ring magnet arrangement has a permanent magnet ring magnet contains.

Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetring zumindest in einem Teilabschnitt in Längsrichtung bei homogener Magnetisierung eine abnehmende Wandstärke aufweist.Arrangement according to claim 16, characterized that the magnetic ring at least in a partial section in the longitudinal direction with homogeneous magnetization has a decreasing wall thickness.

Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenseite der Magnetringanordnung eine magnetische Abschirmvorrichtung mit in Längsrichtung variierender Abschirmwirkung angeordnet ist.Arrangement according to one of Claims 15 to 17, characterized that on the outside the magnetic ring with a magnetic shielding device with longitudinal varying shielding effect is arranged.

Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenseite der Magnetringanordnung eine magnetische Kurzschlussanordnung zwischen in Längsrichtung beabstandeten Magnetpolen angeordnet ist.Arrangement according to one of Claims 15 to 18, characterized that on the outside the magnetic ring arrangement a magnetic short circuit arrangement between longitudinal spaced magnetic poles is arranged.

Plasmabeschleunigeranordnung mit einer Merkmalskombination von wenigstens zwei der Ansprüche 1, 7, 12 und 15.Plasma accelerator arrangement with a feature combination at least two of the claims 1, 7, 12 and 15.