KR100637816B1

KR100637816B1 - Plasma gun and methods for the use thereof

Info

Publication number: KR100637816B1
Application number: KR1020017012523A
Authority: KR
Inventors: 바이릭스다니엘
Original assignee: 사이언스 리서치 래버러토리, 인크.
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 2000-03-08
Publication date: 2006-10-25
Also published as: JP2003517704A; CA2362890C; WO2000058989A8; JP2004335479A; JP3564396B2; KR20030015117A; JP4223989B2; CA2362890A1; HK1041556A1; EP1173874A1; EP1173874A4; WO2000058989A1

Abstract

고 펄스 반복 주파수(PRF) 플라즈마 건이 제공되고, 중심 전극(12) 및 동축 외부 전극(14) 사이에 형성된 칼럼(16)으로 선택된 추진제 가스를 끼워 넣고, 전극들(12, 14)을 가로질러 전압을 제공하도록 고체 상태 고 반복율 펄스 구동기(130)를 이용하고, 구동기가 충분히 충전된 때 정상적으로 작동하는 칼럼(16)의 기부에서 플라즈마 개시기(82)를 제공한다. 바람직한 실시예에서, 개시기(82)는 고체 상태 모의 RF 구동기(130)를 포함하고, 출력은 절연체(72)에 부착된 전극들(91)에 적용되고, 칼럼(16)의 기부 단부의 일부를 형성하는 절연체(72)의 표면에서 고전압 영역을 생성한다.A high pulse repetition frequency (PRF) plasma gun is provided, sandwiching the selected propellant gas into a column 16 formed between the center electrode 12 and the coaxial external electrode 14, and across the electrodes 12, 14. The solid state high repetition rate pulse driver 130 is used to provide a plasma initiator 82 at the base of the column 16 that normally operates when the driver is sufficiently charged. In a preferred embodiment, the initiator 82 includes a solid state simulated RF driver 130, the output of which is applied to the electrodes 91 attached to the insulator 72, and part of the base end of the column 16. A high voltage region is created on the surface of the insulator 72 that forms a.

Description

플라즈마 건 및 이의 사용을 위한 방법{PLASMA GUN AND METHODS FOR THE USE THEREOF}Plasma guns and methods for their use {PLASMA GUN AND METHODS FOR THE USE THEREOF}

본 발명은 플라즈마 건에 관한 것으로서, 특히 스페이스 쓰러스터(thruster)로서 사용하기에 적합한 개량된 플라즈마 건 또는 극자외선(EUV), 진공 자외선(VUV) 및/또는 고 펄스 반복 주파수 대역에서 유연한 엑스-선 방사선을 포함하여 선택 가능한 파장에서 방사선을 발생시키는 것에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이와 같은 플라즈마 건을 이용하는 방법을 포함한다. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a plasma gun, in particular an improved plasma gun suitable for use as a space thruster or flexible X-rays in the extreme ultraviolet (VUV) and / or high pulse repetition frequency bands. It relates to generating radiation at selectable wavelengths, including radiation. The invention also includes a method of using such a plasma gun.

미국 특허 제5,866,871호(그 특허)에 공지된 개량된 플라즈마 건은 이전에 수행될 수 없었거나 이전에 잘 수행될 수 없었고 또는 비교적 크고 비싼 장비를 가지고서만 수행될 수 있었던 기능을 수행하는 다양한 상황에서의 적용을 개시한다. 이러한 기능은 인공 위성 또는 적용을 유지하고 조종하는 다른 우주 정거장을 위한 쓰러스터 및 일반적으로 EUV 대역에서 선택된 주파수에서 방사선의 제어된 발생을 포함한다. 그러한 적용을 위해 개시된 플라즈마 건은 높은 안정성 및 펄스 반복 주파수(PRF)를 제공한다는 점에서 특히 이익이고, 특히 약 100 헤르츠 이상의 PRF, 바람직하게는 우주 적용을 위해 5000 헤르츠 이상의 PRF 및 석판 인쇄 또는 방사선 발생을 요하는 다른 적용을 위한 적어도 500 헤르츠 그리고 바람직하게는 1000 헤 르츠의 PRFs를 가지는 플라즈마 건을 제공한다.The improved plasma gun known from U.S. Patent No. 5,866,871 (the patent) can perform in a variety of situations that perform a function that could not be performed previously, could not be performed well, or could only be performed with relatively large and expensive equipment. Start application of. These functions include thrusters for satellites or other space stations that maintain and manipulate applications and controlled generation of radiation at selected frequencies, typically in the EUV band. Plasma guns disclosed for such applications are particularly advantageous in that they provide high stability and pulse repetition frequency (PRF), and in particular generate PRFs of at least about 100 hertz, preferably at least 5000 hertz and lithography or radiation for space applications. Provided are plasma guns having PRFs of at least 500 hertz and preferably 1000 hertz for other applications requiring.

이러한 목적을 달성하기 위해, 그 특허의 플라즈마 건은 2개의 실시예를 구비하는데, 우주 적용 또는 다른 스러스터 적용을 위한 제1 실시예와 방사선 발생기 적용을 위한 제2 실시예이다. 양쪽 모두의 경우에, 플라즈마 건은 중심 전극 및 중심 전극과 대체로 동축인 외부 전극을 포함하고, 전극들 사이에 동축 칼럼이 형성된다. 선택된 가스는 입구 메커니즘을 통해 칼럼으로 도입되고, 플라즈마 개시기는 칼럼의 기부 단부에 제공된다. 마지막으로, 전극들을 가로질러 고 전압 펄스를 전달하도록 칼럼의 기부의 펄스 개시 상에 작동가능하고 고체 상태 고 반복율 펄스 구동기가 제공되고, 플라즈마는 칼럼의 기부 단부로부터 그의 단부에서 떨어져 팽창한다. 쓰러스터 실시예에서, 각각의 펄스의 전압은 펄스의 지속에 걸쳐 감소하고, 펄스 전압 및 전극 길이는 플라즈마가 칼럼을 나감에 따라 전극을 가로지르는 전압이 대체로 0의 값에 다다르도록 선택된다. 이 실시예를 위해, 입구 메커니즘이 칼럼의 기부 단부에서 중심 전극으로부터 반경 방향으로 가스를 바람직하게 도입하고, 이로써 칼럼을 가로질러 플라즈마 속도의 일정성을 향상하고, 적용에 따라 약간씩 변하는 약 10,000 내지 100,000 m/sec 범위의 현재의 배출 속도에서 이 실시예에 대해 플라즈마가 칼럼을 빠져나간다. To achieve this object, the plasma gun of the patent has two embodiments, a first embodiment for space application or another thruster application and a second embodiment for radiation generator application. In both cases, the plasma gun includes a center electrode and an outer electrode generally coaxial with the center electrode, with a coaxial column formed between the electrodes. The selected gas is introduced into the column via an inlet mechanism and a plasma initiator is provided at the base end of the column. Finally, a solid state high repetition rate pulse driver is provided on the pulse initiation of the base of the column to deliver high voltage pulses across the electrodes, and the plasma expands at its end from the base end of the column. In the thruster embodiment, the voltage of each pulse decreases over the duration of the pulse, and the pulse voltage and electrode length are selected such that the voltage across the electrode reaches a value of zero as the plasma exits the column. For this embodiment, the inlet mechanism preferably introduces gas radially from the center electrode at the base end of the column, thereby improving the constant of the plasma velocity across the column and varying slightly depending on the application. Plasma exits the column for this example at a current discharge rate in the range of 100,000 m / sec.

본 발명의 방사선 소스 실시예를 위해, 펄스 전압 및 전극 길이는 플라즈마가 칼럼을 나갈 때 각각의 전압 펄스에 대한 전류가 대체로 그 최대값에 있도록 있다. 본 발명의 이 실시예를 위한 외부 전극은 바람직하게 음극 전극이고 고체일 수 있거나 원으로 배열된 대체로 고르게 이격된 다수의 로드의 형태일 수 있다. 본 발명의 이 실시예를 위한 입구 메커니즘은 칼럼 내에 대체로 일정한 가스 충진을 제공하고, 플라즈마가 중심 전극에서 초기 구동되도록 야기시키고, 중심 전극의 단부에서 매우 고온을 생성하도록 플라즈마가 칼럼을 나갈 때 플라즈마는 자기적으로 핀치(pinch)된다. 가스의 일부로서 핀치에 공급된 선택된 가스/요소는 중심 전극 또는 다른 것들을 통해 소망된 파장에서 방사선을 제공하도록 핀치에서 고온에 의해 이온화된다. 파장은 핀치에 공급된 선택된 가스/요소, 펄스 구동기로부터의 전류, 핀치 지역에서의 플라즈마 온도 및 칼럼 내의 가스 압력을 포함하는 다양한 플라즈마 건 변수의 신중한 선택에 의해 달성된다. 예를 위한 그 특허는 핀치에 공급된 가스로서 예를 들어 리튬 증기를 사용하여 약 13nm의 파장에서 방사선 생성을 위한 변수의 조합을 나타낸다.For the radiation source embodiment of the present invention, the pulse voltage and electrode length are such that the current for each voltage pulse is approximately at its maximum when the plasma exits the column. The external electrode for this embodiment of the invention is preferably a cathode electrode and may be solid or in the form of a plurality of generally evenly spaced rods arranged in a circle. The inlet mechanism for this embodiment of the present invention provides a substantially constant gas filling in the column, causes the plasma to be initially driven at the center electrode, and when the plasma exits the column to produce very high temperatures at the ends of the center electrode, Magnetically pinch. The selected gas / element supplied to the pinch as part of the gas is ionized by the high temperature at the pinch to provide radiation at a desired wavelength through the center electrode or others. The wavelength is achieved by careful selection of various plasma gun parameters including selected gas / element supplied to the pinch, current from the pulse driver, plasma temperature in the pinch region and gas pressure in the column. The patent for example shows a combination of parameters for radiation generation at a wavelength of about 13 nm using, for example, lithium vapor as the gas supplied to the pinch.

본 발명이 상기 적용 중에 하나에서 효율적으로 기능하도록 하기 위해서, 개시기에 의한 가스의 선행-이온화가 절대적으로 일정한 가스의 선행-이온화를 제공하는 것이 중요하다. 그 특허에서, 이것은 칼럼 주위에서 고르게 이격된 구멍을 형성하고 가스가 구멍을 통해 또는 구멍을 향해 도입된 가스와 함께 달성된다. 전극들은 바람직하게 칼럼의 기부에서 구멍 또는 다른 곳에, 바람직하게 칼럼 바깥 또는 그 곳에 인접한 곳에 장착되고, 전극들은 플라즈마를 개시하기 위해 점화된다. 트리거 전극은 바람직하게 칼럼의 기부 단부 주위에 고르게 이격되고 기부 단부에서 플라즈마의 일정한 개시를 제공하도록 대체로 동시에 점화되고, 직류 신호가 전극을 점화하기 위해 사용된다. 이러한 메커니즘이 다른 종래 배열과 함께 가능한 것보다 훨씬 더 일정한 플라즈마 개시를 제공하고 대부분의 적용에 적합한 반 면, 훨씬 더 일정한 플라즈마 개시가 소망되는 경우, 특히 플라즈마 건이 방사선 소스로 사용될 때의 적용들이 있다. 이러한 더 일정한 플라즈마 개시는 전극을 점화하기 위해 RF 신호를 사용함으로써 제공된다. 그러나, 현재 유용가능한 마그네트론(magnrtrons), 클리스트론(klystrons) 또는 RF 증폭기와 같은 RF 동력 소스는 정점 전력 와트 당 약 1 달러의 비용이 들어 작동하기에 상대적으로 비싸고, 또한 8 메가 와트에서 예를 들면 20 킬로 볼트를 생성하기 위해 캐비넷 크기의 봉입물을 요구하여 비교적 크다. 만약 전극을 전화하도록 사용된 RF 신호가 더 낮은 비용에서 전력을 발생하고 감소된 비용 및 대체로 더 작은 크기에 부가해서 장치에 상당히 더 낮은 열 제거 부담을 제공하는 소형 고체 상태 회로를 이용하여 RF 전력이 발생되는 것을 또한 허용하는 방식으로 발생될 수 있다면 바람직할 것이다. 상기 기술된 종류의 모의 RF 발생기가 본 발명의 플라즈마 건 적용에서 특히 유용하게 되는 반면, 현재 기술 분야에서 존재하지 않는 그러한 모의 RF 전력 소스가 다른 적용에서 또한 유용할 것이다.In order for the present invention to function efficiently in one of the above applications, it is important to provide for the pre-ionization of the gas, where the pre-ionization of the gas by the initiator is absolutely constant. In that patent, this is achieved by forming evenly spaced holes around the column and with gas introduced through or toward the hole. The electrodes are preferably mounted in a hole or elsewhere at the base of the column, preferably outside or adjacent to the column, and the electrodes are ignited to initiate the plasma. The trigger electrode is preferably evenly spaced around the base end of the column and ignited substantially simultaneously to provide a constant initiation of the plasma at the base end, and a direct current signal is used to ignite the electrode. While this mechanism provides much more consistent plasma initiation than is possible with other conventional arrangements and is suitable for most applications, there are applications where a plasma gun is used as the radiation source, especially when much more constant plasma initiation is desired. This more consistent plasma initiation is provided by using an RF signal to ignite the electrode. However, currently available RF power sources such as magnetrons, klystrons or RF amplifiers are relatively expensive to operate at a cost of about $ 1 per watt of peak power, and also for example at 8 megawatts. For example, it requires relatively large enclosure size enclosures to produce 20 kilovolts. If the RF signal used to invert the electrode generates power at a lower cost and RF power is reduced using a small solid-state circuit that provides significantly lower heat removal burden to the device in addition to reduced cost and generally smaller size. It would be desirable if it could be generated in a manner that also allowed it to occur. While simulated RF generators of the kind described above will be particularly useful in plasma gun applications of the present invention, such simulated RF power sources that do not currently exist in the art will also be useful in other applications.

플라즈마 개시를 위해 사용된 전극이 칼럼의 기부와 전극들 사이에서 가능한 넓은 고전압 영역을 제공하는 것이 또한 바람직하고, 칼럼의 진공 환경으로 선을 가져올 필요없이 칼럼의 기부에서 필요한 고전압 영역을 생성하도록 전극들을 활성화하는 것을 가능하게 하는 것이 또한 바람직하고, 그러한 선 주위의 진공의 유지는 플라즈마 건의 비용을 증가시킨다.It is also desirable for the electrode used for plasma initiation to provide the widest possible high voltage region between the base of the column and the electrodes, and to produce the required high voltage region at the base of the column without having to bring lines into the vacuum environment of the column. It is also desirable to enable activation, and maintaining the vacuum around such lines increases the cost of the plasma gun.

플라즈마 건의 다른 문제는 재료가 소망된 방사선을 생성하도록 이온화된 핀치에 필요한 가스/재료를 얻는 것이다. 그러한 재료를 보유하고 그 재료를 칼럼으 로부터 핀치까지 방출하는 개량된 기술은 따라서 바람직하다.Another problem with plasma guns is to get the gas / material needed for the ionized pinch so that the material produces the desired radiation. Improved techniques for retaining such materials and releasing them from the column to the pinch are therefore desirable.

또한, 상기에 언급된 종류의 플라즈마 건이 방사선 소스로서 제공하고 소망된 파장에서 유용한 방사선을 제공할 수 있는 반면, 칼럼을 구동하고 중심 전극을 떠나는 플라즈마의 고속도가 그러한 소스의 유용성을 상당히 제한하는 문제를 일으킬 수 있다. 특히, 방사선의 소망된 주파수에 따라 100eV 내지 1000eV(예를 들면, 약 11,000°C에서)의 범위 내의 핀치에서 온도는 마이크로 초당 수 센티미터의 속도까지 플라즈마를 구동하기에 충분한 자기 압축 영역을 요구한다. 핀치를 형성하며 중심 컨덕터 아래로 및 단부를 너머 이러한 속도로 이동하는 플라즈마는 중심 컨덕터의 단부로부터 떨어진 공간으로 이동하는 경향이 있고, 플라즈마 덮개는 결국 핀치에 대한 전기적 접촉을 잃는다. 이것은 100 나노 초 만큼 짧은 시간 후에 핀치를 시기 상조로 종결하고 수천 볼트의 과전압 과도 현상을 또한 야기하고 전극들에 심각하게 훼손할 수 있는 재충격을 야기한다.In addition, while plasma guns of the kind mentioned above can serve as radiation sources and provide useful radiation at a desired wavelength, the high speed of plasma driving the column and leaving the center electrode significantly limits the usefulness of such sources. Can cause. In particular, at a pinch in the range of 100 eV to 1000 eV (eg, at about 11,000 ° C.) depending on the desired frequency of radiation, the temperature requires a sufficient magnetic compression region to drive the plasma up to a speed of several centimeters per second. Plasma that forms a pinch and moves at this speed below and beyond the center conductor tends to move into space away from the end of the center conductor, and the plasma sheath eventually loses electrical contact to the pinch. This terminates the pinch prematurely after a time as short as 100 nanoseconds and also causes an overvoltage transient of thousands of volts and a reshock that can seriously damage the electrodes.

방전이 수 마이크로 초 동안 지속할 수 있기 때문에, 만약 플라즈마 덮개와 전극 사이의 전기적 연결의 손실을 제거할 수 있다면, 핀치 수명은 상당히 연장될 수 있고 잠적적인 훼손 재충격은 제거될 수 있다. 이것은 플라즈마에 대한 상당하게 증가된 출력 효율 및 소스에 대한 매우 연장된 전극 수명을 야기하고, 따라서 예를 들면, 석판 인쇄 적용에서 비싸질 수 있는 소스 시간 및 유지를 감소시킨다. 저비용에서 상당히 양호한 수행이 따라서 얻어질 수 있다.Since the discharge can last for several microseconds, if the loss of the electrical connection between the plasma sheath and the electrode can be eliminated, the pinch life can be significantly extended and the potential damage re-impact can be eliminated. This results in significantly increased power efficiency for the plasma and very extended electrode life for the source, thus reducing source time and maintenance, which can be expensive, for example in lithographic applications. A fairly good performance at low cost can thus be obtained.

마지막으로, 달성될 수 있는 만큼 일정한 파손을 달성하는 것이 바람직하고 그러한 파손의 일정성을 향상시키는 기술, 특히 향상된 구동 신호이 사용에 의해 바람직하다.Finally, it is desirable to achieve a constant breakdown as much as can be achieved, and techniques that improve the constantness of such breakage, particularly improved drive signals, are preferred by use.

따라서 종래 기술의 장치에서 가능한 것 보다 더 저렴한 비용에서 더 일정한 플라즈마 개시를 제공하는 개량된 플라즈마 건 및 이것의 사용 방법이 필요하고, 이 플라즈마 건은 칼럼 안으로 핀치에서 이온화하도록 재료의 도입을 촉진하고, 핀치 및/또는 재충격의 시기 상조의 종결을 막고, 고 전압이 주 전극을 가로질러 적용될 때 더 일정한 파손을 제공한다.Therefore, there is a need for an improved plasma gun and a method of using the same that provide a more consistent plasma initiation at a lower cost than is possible with prior art devices, which facilitate the introduction of material to pinch ionize into the column, Prevents the termination of premature pinching and / or reimpact and provides more consistent breakage when high voltage is applied across the main electrode.

상기에 따라서, 본 출원은 중심 전극, 중심 전극 및 폐쇄된 기부 및 개방 출구 단부를 구비한 상기 전극들 사이에서 형성된 동축 칼럼과 대체로 동축인 외부 전극, 선택된 가스를 상기 칼럼으로 도입하는 입구 메커니즘, 칼럼의 기부 단부의 선택적으로 구동된 플라즈마 개시기, 플리즈마 개시기를 구동하도록 선택적으로 연결된 고체 상태 모의 RF 소스 및 대부분의 구동기 에너지가 더 긴 지속 유지 신호에 의해 제공될 경우 상기 전극을 가로질러 고 전압 펄스를 전달하는 상기 칼럼의 기부에서 칼럼의 기부 단부로부터 출구 밖으로 팽창하는 플라즈마 개시 상에서 작동 가능하고 저 전압에 의해 따르는 고 전압 스파이크를 제공하는 고체 상태 고 반복율 펄스된 구동기를 구비하는 고 PRF 플라즈마 건을 제공한다. RF 소스는 예를 들면, 10 메가 헤르츠 내지 1000 메가 헤르츠 범위의 주파수에서 작동하고 단독으로 또는 직류 소스와 함께 사용될 수 있다.In accordance with the above, the present application is directed to a coaxial column formed between a center electrode, a center electrode and the electrodes having a closed base and an open outlet end, the outer electrode being generally coaxial, an inlet mechanism for introducing a selected gas into the column, a column A selectively driven plasma initiator at the proximal end of the solid state simulated RF source selectively connected to drive the plasma initiator and a high voltage across the electrode when most of the driver energy is provided by a longer sustain signal. A high PRF plasma gun having a solid state high repetition rate pulsed driver operable on a plasma initiation that expands out of the outlet from the base end of the column at the base of the column delivering pulses and provides a high voltage spike followed by a low voltage. to provide. The RF source operates at a frequency in the range of 10 megahertz to 1000 megahertz, for example, and can be used alone or in combination with a direct current source.

모의 RF 소스는 N이 1이상의 정수일 경우 N 단계 비선형 자기 펄스 압축기; 에너지 저장 장치를 압축기의 제1 단계의 입력에 연결하기 위해 선택적으로 작동 가능한 고체 상태 스위치; 압축기의 마지막 단계가 커패시턴스(C_N)를 구비하고, C_R이 완전히 충전되기 전에 C_N 상에 역 전압이 있도록 적어도 C_R및 L_R중의 하나가 선택되고, L_R이 주파수(F)에서 C_R을 진동하도록 연속적으로 포화한 경우 모의될 RF 주파수(F)에서 커패시터(C_R) 및 포화 가능 반응기(L_R)를 포함하는 공명 회로를 구비하는 출력 단계; 및 플라즈마 개시기를 구동하도록 C_R로부터 에너지를 결합하는 결합 회로을 포함하는 모의 RF 소스를 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서 고체 상태 스위치는 SCR, IGBT 또는 MOSFET이다. C_R이 C_R > C_N이 되도록 선택될 수 있거나 C_N으로부터C_R까지의 충전의 전달이 완료되기 전에 포화하도록 N_R이 선택되도록 선택될 수 있다. 출력 단계는 바람직하게 지면에 대해 공명 포화 가능 분류기이고, C_R에 저장된 에너지의 오직 일부가 C_R의 각각의 진동 싸이클 동안 플라즈마 개시기에 결합되도록 상기 결합 회로가 임피던스를 가진다. 바람직한 실시예에서 출력 단계의 오직 3 내지 4개의 진동 싸이클이 있도록 L_R 및 C_R이 선택된다. 상기 기굴된 고체 상태 모의 RF 소스는 또한 고 PRF 플라즈마 건 적용에 대해 독립적으로 이용될 수 있다.The simulated RF source comprises an N stage nonlinear magnetic pulse compressor when N is an integer greater than or equal to one; A solid state switch selectively operable to connect the energy storage device to the input of the first stage of the compressor; The final stage of the compressor has a capacitance C _N , and C _N before C _R is fully charged. The one of at least C _R and L _R are selected so that the reverse voltage to, L _R is the frequency (F) C when the continuously saturated by _R to vibrate the capacitor at the RF frequency (F) to be simulated (C _R) in and An output step having a resonance circuit comprising a saturable reactor (L _R ); And a mock RF source that includes a coupling circuit that couples energy from C _R to drive the plasma initiator. In a preferred embodiment the solid state switch is an SCR, IGBT or MOSFET. C _R may be selected such that C _R > C _N or from C _N N _R may be selected to saturate before the transfer of charge to C _R is complete. The output stage is preferably 0 people saturated possible classifier for the ground, the only part of the energy stored in C _R have the above-described combining circuit is an impedance to be coupled to the plasma initiator during each oscillation cycle of the C _R. In a preferred embodiment L _R and C _R are chosen such that there are only three to four vibration cycles of the output stage. The stolen solid state simulated RF source can also be used independently for high PRF plasma gun applications.

본 발명의 플라즈마 건은 추가로 또는 고체 상태 모의 RF 소스를 구비하는 대신 절연체에 첨부되고 칼럼 주위로 대체로 일정하게 이격되고 절연체의 칼럼의 기부 단부에 있는 표면에서 고 전압 영역을 생성하는 다수의 전극을 또한 포함할 수 있다. 본 발명의 적어도 하나의 실시예에서 절연체는 기부 단부에서 중심 전극을 둘러 싸고 전극이 상기 칼럼의 기부에 까깝게 장착된다. 다른 실시예에서, 절연체는 칼럼의 기부를 형성하고, 전극은 상기 칼럼에 대향 측으로부터 절연체 내에 장착되고 절연체에 의해 칼럼으로부터 짧은 거리로 이격되고 전극의 활성화는 칼럼 내의 절연체의 일측에 고 전압 영역을 생성한다.The plasma gun of the present invention additionally or instead of having a solid state simulated RF source has a large number of electrodes attached to the insulator and generally spaced around the column and creating a high voltage region at the surface at the base end of the column of the insulator. It may also include. In at least one embodiment of the invention, the insulator surrounds the center electrode at the base end and the electrode is mounted close to the base of the column. In another embodiment, the insulator forms the base of the column, the electrode is mounted in the insulator from the opposite side to the column and spaced a short distance from the column by the insulator and activation of the electrode creates a high voltage region on one side of the insulator in the column. Create

종래의 요소와 결합하여 또는 독립적으로 이용될 수 있는 본 발명의 다른 특징은, 중심 전극 및 외부 전극 중에 적어도 하나는 소결된 분말 내열성 금속이고, 바람직한 실시예에서는 양쪽 전극이 그러한 소결된 분말 내열성 금속으로 형성된다. 선택된 파장에서 플라즈마 건이 방사선 소스로서 작동할 때 적어도 하나의 전극이 선택된 파장에서 방사선을 발생하는데 적합한 유체(예를 들면, 액체 또는 기체) 재료와 함께 포화될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예는 대체로 연속적인 바이어스 상에서 적어도 하나의 전극에 유체 재료를 제공하는 메커니즘을 포함한다.Another feature of the invention, which can be used in combination with or independently of conventional elements, is that at least one of the center electrode and the outer electrode is a sintered powder heat resistant metal, and in a preferred embodiment both electrodes are formed of such a sintered powder heat resistant metal. Is formed. At least one electrode may be saturated with a fluid (eg liquid or gaseous) material suitable for generating radiation at the selected wavelength when the plasma gun is operated as a radiation source at the selected wavelength. Preferred embodiments of the present invention generally include a mechanism for providing a fluid material to at least one electrode on a continuous bias.

다시, 단독으로 또는 하나 이상의 종래 요소들과 결합하여 이용될 수 있는 본 발명의 다른 특징은 펄스 구동기가 저 전압, 더 긴 지속 유지 신호에 의해 따르는 고 전압 스파이크를 제공하도록 하고 대부분의 구동기 에너지가 유지 신호에 의해 제공된다는 것이다. 펄스 구동기는 고 전압 스파이크를 발생기키는 제1 비선형 자기 펄스 구동기 및 유지 신호를 발생시키는 제2 비선형 자기 펄스 구동기를 포함할 수 있다. 제2 구동기는 적어도 두 단계를 포함하고, 단계의 마지막의 포화 가능 반응기는 유지 신호를 통과시키도록 반응기가 다시 포화할 때까지 제2 구동기로 부터 개시 유동을 억제하도록 반응기를 부분적으로 불포화시키는 스파이크가 제1 구동기로부터 제2 구동기로 들어가는 것을 막도록 보통 바이어스된다.Again, another feature of the invention, which may be used alone or in combination with one or more conventional elements, allows the pulse driver to provide a high voltage spike followed by a low voltage, longer sustain signal and most driver energy is maintained. Is provided by the signal. The pulse driver may include a first nonlinear magnetic pulse driver generating a high voltage spike and a second nonlinear magnetic pulse driver generating a sustain signal. The second driver includes at least two stages, and the last saturable reactor at the end of the stage has a spike that partially unsaturates the reactor to inhibit the starting flow from the second driver until the reactor is again saturated to pass a hold signal. It is usually biased to prevent entry from the first driver to the second driver.

종래의 요소와 결합하여 또는 독립적으로 이용될 수 있는 본 발명의 또 다른 특징은 중심 전극, 중심 전극과 대체로 동축인 외부 전극, 폐쇄된 기부 및 개방 출구 단부를 구비한 전극들 사이에서 형성된 동축 칼럼, 선택된 가스를 칼럼으로 도입하는 입구 메커니즘, 칼럼의 기부 단부의 플라즈마 개시기, 전극을 가로지르는 고 전압 펄스를 전달하는 칼럼의 기부에서 칼럼의 기부 단부로부터 출구 밖으로 팽창하는 플라즈마 개시 상에서 작동 가능한 고체 상태 고 반복율 펄스된 구동기, 입구 메커니즘은 칼럼 내에 대체로 일정한 가스 충진을 제공하고, 플라즈마가 칼럼을 나갈 때 자기적으로 핀치된 플라즈마가 초기에 중심 전극을 구동하고, 선택된 파장에서 방사선을 생성하도록 중심 전극의 단부에서 이온화 가능한 요소를 나타내도록 충분한 중심 전극에서의 단부에서 온도를 높이며 플라즈마가 칼럼을 나감에 따라 각각의 펄스에 대한 전류가 대체로 그 최대값에 있도록 하는 펄스 전압 및 전극 길이; 및 방사선의 통로에 대체로 영향을 주지 않으며 중심 전극을 향해 중심 전극을 구동하는 플라즈마를 다시 향하게 하는 성분을 포함하는 고 PRF 방사선 소스의 제공에 있다. 바람직한 실시예에서 다시 향하게 하는 성분은 방사선을 통과하도록 허용하기 위해 위치된 개구부를 구비하는 고온이고 중심 전극의 출구 단부로부터 선택된 거리에 위치되고 중심 전극을 향하여 후방으로 충돌하는 플라즈마를 반사하도록 만들어진 비전도성 재료의 차폐이다. 바람직한 실시예에서, R이 중심 전극의 반경일 경우, 차폐가 중심 전극으로부터 이격된 선택된 거리는 약 R 이상 약 2R 이 하이다. 차폐의 모양은 일반적인 구형, 일반적인 부채꼴형 또는 일반적인 포물선 모양이다. 방사선의 통로를 혀용하는 개구부는 바람직하게 대체로 원형이고 차폐의 중심에 대체로 위치된다. 더욱 특정하면, 개구부는 방사선이 개구부를 통과하는 중심 전극의 축으로부터 약 ±15°의 각도에서 중심 전극을 존재하도록 크기가 정해지고 위치가 정해진다. 차폐를 위한 재료는 바람직하게 적어도 고온 세라믹, 유리, 석영 및 사파이어 중에 하나이고 예시적인 실시예에 대한 재료는 Al₂O₃이다. Another feature of the invention that can be used in combination or independently of conventional elements is a coaxial column formed between a center electrode, an outer electrode generally coaxial with the center electrode, an electrode having a closed base and an open outlet end, Solid state operation operable on the inlet mechanism for introducing the selected gas into the column, the plasma initiator at the base end of the column, the plasma initiation expanding out of the outlet from the base end of the column at the base of the column delivering a high voltage pulse across the electrode The repetition rate pulsed driver, the inlet mechanism, provides a generally constant gas filling in the column, and the magnetically pinched plasma initially drives the center electrode as the plasma exits the column, and ends at the center electrode to generate radiation at a selected wavelength. Sufficient centers to represent ionizable elements in Increase the temperature at the end of the plasma pulse voltage that allows the column to a substantially maximum value of the current for each pulse according to the length of the electrode and exit from; And a component that does not generally affect the path of radiation and redirects the plasma driving the center electrode towards the center electrode. In a preferred embodiment the redirecting component is a high temperature, nonconductive, made to reflect plasma which is located at a selected distance from the outlet end of the center electrode and impinges back towards the center electrode with an opening positioned to allow passage of radiation. Is the shielding of the material. In a preferred embodiment, where R is the radius of the center electrode, the selected distance at which the shield is spaced from the center electrode is at least about R and at most about 2R. The shield is shaped like a regular sphere, a general sector, or a general parabolic shape. The opening for accepting the passage of radiation is preferably generally circular and generally positioned at the center of the shield. More specifically, the opening is sized and positioned such that the radiation is present at the center electrode at an angle of about ± 15 ° from the axis of the center electrode passing through the opening. The material for the shielding is preferably at least one of high temperature ceramic, glass, quartz and sapphire and the material for the exemplary embodiment is Al ₂ O ₃ .

본 발명의 전술한 그리고 다른 목적, 특징 및 잇점은 수반된 도면에 도시된 것과 여기에서 논의된 다른 것에 따라 본 발명의 바람직한 실시예의 더 특별한 다음의 설명으로부터 명백할 것이다.The foregoing and other objects, features and advantages of the present invention will be apparent from the more specific following description of the preferred embodiments of the invention according to what is shown in the accompanying drawings and which are discussed herein.

도1은 본 발명의 제1의 예시적 쓰러스터 실시예의 반개략적인 반측단면 도면.1 is a half schematic cross-sectional view of a first exemplary thruster embodiment of the present invention;

도2는 본 발명의 다른 쓰러스터 실시예의 반개략적인 반측단면 도면.Figure 2 is a half schematic cross-sectional side view of another thruster embodiment of the present invention.

도3은 본 발명의 방사선 소스 실시예의 반개략적인 반측단면 도면.3 is a half schematic cross-sectional view of a radiation source embodiment of the present invention.

도4는 본 발명의 하나의 실시예에 대한 도3의 중심 전극의 확대된 측단면(축척으로 제도하지 않음) 도면.4 is an enlarged side cross-sectional view (not to scale) of the center electrode of FIG. 3 for one embodiment of the present invention;

도5는 쓰러스터 또는 방사선 소스로 사용될 수 있는 상대적 크기 및 다른 요소에 의존하고 본 발명이 설명에 따른 RF 개시기를 구비하는 본 발명의 실시예의 반개략적인 측단면 도면. Fig. 5 is a half schematic side cross-sectional view of an embodiment of the invention, in which the invention has an RF initiator according to the description, depending on the relative size and other factors that can be used as the thruster or radiation source.

도6은 본 발명의 플라즈마 건에서 RF 개시기를 얻는 다른 수단의 개략적인 대표 도면.6 is a schematic representation of another means of obtaining an RF initiator in a plasma gun of the present invention.

도7A는 플라즈마 개시기를 구동하도록 RF 소스로서 사용을 위한 고체 상태 모의된 RF 소스의 개략적인 다이어그램 도면.FIG. 7A is a schematic diagram of a solid state simulated RF source for use as an RF source to drive a plasma initiator. FIG.

도7B 및 도7C는 도7A의 회로 내에서 특정 커패시터를 가로지르는 전압을 도시하는 다이어그램 도면.7B and 7C are diagram diagrams showing voltage across a specific capacitor within the circuit of FIG. 7A.

도8A 및 도8B는 플라즈마 건에 대해 개시기 전압을 적용하는데 사용을 위해 적합한 2개의 다른 개시기 전극 배치를 도시하는 플라즈마 건 일부의 부분적인 측단면 도면.8A and 8B are partial side cross-sectional views of a portion of the plasma gun showing two different initiator electrode arrangements suitable for use in applying initiator voltage to the plasma gun.

도9A는 다른 실시예에 따라 본 발명의 플라즈마 건을 구동하는데 사용하기 위해 적합한 펄스 구동기의 개략적인 다이어그램 도면.9A is a schematic diagram diagram of a pulse driver suitable for use in driving a plasma gun of the present invention in accordance with another embodiment.

도9B는 도9A의 회로로부터의 예시적인 출력 신호의 다이어그램 도면.9B is a diagrammatic view of an exemplary output signal from the circuit of FIG. 9A.

도10A 내지 도10C는 본 발명의 중심 전극의 단부와 구형, 부채꼴 및 포물선형 차폐를 각각 도시하는 확대된 측단면 도면. Figures 10A-10C are enlarged side cross-sectional views illustrating the ends and spherical, sectoral, and parabolic shielding of the center electrode of the present invention, respectively.

도1을 참고하면, 쓰러스터(10)는 중심 전극을 구비하고, 이 실시예를 위해 양 또는 음 전극 및 동심 전극, 접지 또는 회복 전극(14), 두 전극 사이에서 형성되는 일반적으로 원통형 모양을 구비하는 채널(16)이다. 채널(16)은 중심 전극(12)이 장착되는 절연체(18)에 의해 그 기부 단부가 제한된다. 외부 전극(14)은 전도성 하우징 부재(22)를 통해 지면과 연결되는 전도성 하우징 부재(20)에 장 착된다. 중심 전극(12)은 절연체(26)에 교대로 장착된 절연체(24) 내의 그 기부 단부에서 장착된다. 원통형 외부 하우징(28)은 외부 전극(14)을 둘러싸고 전극의 전방 및 출구 단부 너머로 지역(30)에서 벌어진다. 전극(12, 14)은 예를 들면, 또리에이티드(thoriated) 텅스텐, 티타늄 또는 스테인리스 스틸로 형성될 수 있다. Referring to Figure 1, the thruster 10 has a center electrode, and for this embodiment a generally cylindrical shape formed between the two electrodes, a positive or negative electrode and a concentric electrode, a ground or recovery electrode 14; It is a channel 16 provided. The channel 16 is limited at its base end by an insulator 18 on which the center electrode 12 is mounted. The external electrode 14 is mounted to the conductive housing member 20 which is connected to the ground through the conductive housing member 22. The center electrode 12 is mounted at its base end in the insulator 24 alternately mounted to the insulator 26. The cylindrical outer housing 28 surrounds the outer electrode 14 and extends in the region 30 beyond the front and outlet ends of the electrode. The electrodes 12, 14 may be formed of, for example, thoriated tungsten, titanium or stainless steel.

양 전압이 직류-직류 인버터(34), 비 선형 자기 압축기(36) 및 중심 전극(12)를 연결하는 터미털(38)을 통해 직류 전원(32)으로부터 중심 전극(12)에 적용될 수 있다. 직류-직류 인버터(34)는 저장 커패시터(42)를 구비하고, 저장 커패시터(42)는 하나의 큰 커패시터 또는 커패시터의 뱅크, 제어 트랜지스터(44), 한쌍의 다이오드(46, 48) 및 에너지 회복 인턱터(50)가 될 수 있다. 트랜지스터(44)는 바람직하게는 절연된-문 쌍극 트랜지스터이다. 인버터(34)는 직류 전원(32)으로부터 비선형 자기 압축기(36)으로 전력을 전달하는 기술 분야에서 공지된 방법으로 이용된다. 이후에 논의될 바와 같이, 인버터(34)는 맞지 않는 하중 특히 전극(12, 14)로부터 반사된 소모에너지를 회복하도록 또한 기능하여, 펄스 발생 효율을 개선한다.Both voltages may be applied from the DC power supply 32 to the center electrode 12 via a terminal 38 connecting the DC-DC inverter 34, the nonlinear magnetic compressor 36, and the center electrode 12. DC-DC inverter 34 has a storage capacitor 42, which has one large capacitor or bank of capacitors, control transistor 44, a pair of diodes 46, 48 and an energy recovery inductor. (50). Transistor 44 is preferably an isolated-door bipolar transistor. Inverter 34 is used in a manner known in the art to transfer power from DC power source 32 to non-linear magnetic compressor 36. As will be discussed later, the inverter 34 also functions to recover mismatched loads, particularly the energy consumed reflected from the electrodes 12, 14, thereby improving pulse generation efficiency.

비선형 자기 압축기(36)는 두 단계를 가지는 것으로 도시되는데, 제1 단계는 저장 커패시터(52), 실리콘 제어 교정기(54) 및 인덕터 또는 포화가능 인덕터(60)를 포함한다. 압축기의 제2단계는 저장 커패시터(58) 및 포화가능 인덕터(60)를 포함하다. 추가 압축 단계는 더 짧고 더 빠른 상승 펄스 및 더 높은 전위를 가지는 것이 소망될 경우 제공될 수 있다. 비선형 자기 압축이 이러한 종류의 회로에서 수행되는 방법이 미국 특허 제5,142,166호에서 논의되고 이 특허의 설명은 참고 로서 여기에 합체된다. 기본적으로, 회로(36)는 공명 회로에서 인덕터로서 포화가능 코어를 사용한다. 각 단계의 코어는 전 단계의 커패시터 내에 저장된 에너지의 상당 부분이 전달되기 전에 포화한다. 비선형 포화 현상은 코어가 포화함에 따라 투과성 감소의 제곱근에 의해 회로의 공명 주파수를 증가시킨다. 에너지는 더 빠르게 결합되고 한 단계로부터 다음으로 더 빨라진다. The nonlinear magnetic compressor 36 is shown to have two stages, the first stage comprising a storage capacitor 52, a silicon control calibrator 54 and an inductor or saturable inductor 60. The second stage of the compressor includes a storage capacitor 58 and a saturable inductor 60. An additional compression step can be provided if it is desired to have shorter and faster rise pulses and higher potentials. How nonlinear magnetic compression is performed in this kind of circuit is discussed in US Pat. No. 5,142,166, the description of which is incorporated herein by reference. Basically, circuit 36 uses a saturable core as an inductor in the resonant circuit. The core in each stage saturates before a significant portion of the energy stored in the capacitor in the previous stage is delivered. Nonlinear saturation phenomenon increases the resonance frequency of the circuit by the square root of the decrease in permeability as the core saturates. Energy combines faster and from one step to the next.

압축 회로가 전방 방향으로 주파수를 상부 이동하도록 작동 할 뿐만 아니라 전압 펄스가 반사되고 체인 후방으로 캐스케이드(cascade)함에 따라 하부 이동하도록 작동하기 때문에 압축 회로는 양 방향으로 전력을 전달할 때 효율적이라는 것을 알아야 한다. 잘못 맞추어진 하중/전극으로부터 반사된 에너지는 역방향 전압이 커패시터(42)에 저장되고 다음 펄스로 추가됨에 따라 나타나도록 체인 후방으로 케스케이드 할 수 있다. 특히, 반사된 전하가 초기 에너지 저장 커패시터(42)로 다시 교환될 때, 전류는 에너지 회복 인덕터(50) 내에 유동하도록 개시된다. 커패시터(42) 및 코일(50)의 결합은 공명 회로를 형성한다. 중간 점[t=π/(L₅₀C₄₂)^1/2] 후에, 커패시터(42) 사이의 전압의 극성은 역으로 되고, 이 에너지는 전원(32)로부터 이 커패시터를 재충전하기 위해 요구되는 에너지를 감소시킬 것이다.It should be noted that the compression circuit is efficient when transferring power in both directions, as the compression circuit operates not only to move the frequency upward in the forward direction, but also to move downward as the voltage pulse is reflected and cascaded behind the chain. . The energy reflected from the misaligned load / electrode can be cascaded behind the chain to appear as the reverse voltage is stored in capacitor 42 and added with the next pulse. In particular, when the reflected charge is exchanged back to the initial energy storage capacitor 42, current begins to flow in the energy recovery inductor 50. The combination of capacitor 42 and coil 50 forms a resonance circuit. After the midpoint [t = π / (L ₅₀ C ₄₂ ) ^1/2 ], the polarity of the voltage between the capacitors 42 is reversed, and this energy is the energy required to recharge this capacitor from the power supply 32. Will reduce.

도1에 도시된 구동 회로는 매우 낮은 임피던스 하중에 또한 맞추어질 수 있고 요구된다면 복잡한 펄스 모양을 생성할 수도 있다. 회로는 매우 높은 PRFs에서 작동하도록 또한 조절되고 하나의 K_V의 과잉의 전압을 제공하도록 맞추어 질 수 있다. The drive circuit shown in FIG. 1 can also be adapted to very low impedance loads and produce complex pulse shapes if desired. The circuit can also be adjusted to operate at very high PRFs and can be tailored to provide an excess of one K _V of voltage.

선(64)로부터 선(68) 상의 신호이 제어 하에서 밸브(66)를 통해 하우징 내의 입구 포트(72)의 수를 공급하는 매니폴드(70)에 전달하는 추진 가스가 도1에서 도시된다. 기부 단부 근처의 하우징(28)의 반구 주위에서 상당히 고르게 이격된 4개 내지 8개의 입구 포트(72) 입구가 예를 들면 있을 수 있다. 포트(72)는 전극(14) 내에 형성된 구멍들(74)로 공급하고 구멍들은 추진제를 중심 전극(12) 근처 채널(16)의 기부를 향해 반경 방향 및 내부로 향하도록 기울어지게 된다. 추진 가스는 또한 채널(16)의 근처로부터 공급될 수 있다.The propulsion gas from which signal on line 68 from line 64 passes under control to manifold 70 which supplies the number of inlet ports 72 in the housing through valve 66 is shown in FIG. 1. There may be for example four to eight inlet port 72 inlets spaced evenly around the hemisphere of the housing 28 near the base end. The port 72 feeds to the holes 74 formed in the electrode 14 and the holes are tilted to direct the propellant radially and inwardly towards the base of the channel 16 near the center electrode 12. Propellant gas may also be supplied from the vicinity of channel 16.

쓰러스터(10)는 공간에서 또는 어떤 다른 저압, 진공 환경 근처, 특히 파손이 파셴 커브의 저압측 상에서 발생하는 압력에서 작동하도록 설계된다. 이것이 맞는 압력 커브가 이용된 가스 및 쓰러스터의 다른 변수에 따라 약간 변할 동안, 이 압력은 전형적으로 10 토르 범위에 있고 바람직한 실시예에서 1 토르이다. 이 범위의 압력에서, 지점에서 증가하는 압력은 그 지점에서 파손 잠재성을 감소시키고, 그것에 의해 파손이 그러한 지점에서 일어날 가능성을 향상시킨다. 그것에 의해, 이론적으로, 칼럼(16)의 기부에서 추진 가스를 단순히 도입하고, 그것에 의해 이 점에서 압력을 증가하는 것은 이 지점에서 소망된 바와 같이 발생하며 파손/플라즈마 개시를 야기할 수 있다. 그러나, 실제적인 문제로서 예상된 파손을 야기하도록 충분하게 가스 압력을 제어하고 칼럼의 선택된 단면 보다 칼럼 내에서 일정하게 발생하도록 파손을 위한 칼럼(16)의 반구 주위에서 충분히 일정한 압력을 구비하는 것을 모두 하는 것은 어렵다.The thruster 10 is designed to operate in space or near any other low pressure, vacuum environment, in particular at the pressure at which breakage occurs on the low pressure side of the Paschen curve. While this will vary slightly depending on the gas and thrusters used to fit the pressure curve, this pressure is typically in the 10 Torr range and in the preferred embodiment is 1 Torr. In this range of pressures, increasing pressure at a point reduces the potential for breakage at that point, thereby improving the likelihood that breakage will occur at that point. Thereby, in theory, simply introducing the propellant gas at the base of the column 16, thereby increasing the pressure at this point, occurs as desired at this point and can cause breakage / plasma initiation. As a practical matter, however, all of which have a sufficiently constant pressure around the hemisphere of the column 16 for failure to control the gas pressure sufficiently to cause the expected failure and occur uniformly within the column rather than the selected cross section of the column. It's hard to do

적어도 플라즈마 개시가 칼럼(16)의 기부에서 일정하게 발생하는 것과 그러 한 파손이 소망된 시간에서 발생하는 것 2개는 보장될 수 있다. 이러한 파손 향상이 어떻게 달성되는지 이해하기 위해, 본 발명의 플라즈마 건은 0.1 토르와 10 토르 사이 압력에서 전형적으로 작동되는 것 및 파손이 파셴 커브의 저압력측 상에서 발생하는 압력에서 작동되는 것이 이해되어야 한다. 바람직한 실시예에서, 칼럼(16) 내의 압력은 대략 1토르이다. 그러한 저압 방전에서, 가스 파손 또는 개시를 결정하는 두개의 핵심 기준이 있다.At least two can be ensured that plasma initiation occurs constantly at the base of the column 16 and that such breakdown occurs at a desired time. In order to understand how this failure improvement is achieved, it should be understood that the plasma gun of the present invention is typically operated at a pressure between 0.1 Torr and 10 Torr and that the failure is operated at a pressure occurring on the low pressure side of the Paschen curve. . In a preferred embodiment, the pressure in column 16 is approximately 1 Torr. In such low pressure discharges, there are two key criteria for determining gas breakdown or onset.

가스 내의 전기장은 사용된 가스 및 가스 압력에 의존하는 가스를 위해 파손 영역을 초과해야 한다. 파손 영역은 파셴 기준으로 공지된 음극(14)에서 전자의 소스를 나타낸다. 건이 작동하는 저압 지점에서. 이 장치의 면적을 위해, 파손 전기장은 증가하는 압력에 따라 감소한다 (이것은 파셴 커브의 저압측 상에서 발생함). 그것에 의해 파손은 가스 압력이 최고인 점에서 칼럼(16) 내에서 발생한다.The electric field in the gas must exceed the failure zone for the gas used and the gas depending on the gas pressure. The failure zone represents a source of electrons at the cathode 14, known as the Pashen reference. At the low pressure point where the gun operates. For the area of this device, the breakdown electric field decreases with increasing pressure (this occurs on the low pressure side of the Paschen curve). The breakage thereby occurs in column 16 at the point where the gas pressure is at its highest.

두번째로, 전자의 소스가 있어야 한다. 평균 전기장이 파손 영역을 초과하는 경우 조차도, 음의 면이 전자를 방출하기 시작할 때까지 아무것도 일어나지 않는다. 면으로부터 전자를 추출하기 위해선, 2개의 상태 중에 하나가 일어나야 한다. 제1 상태에서, 포텐셜 차이는 음극 추락 또는 음극 포텐셜을 초과하는 면 근처에서 생성되어야 한다. 음극 추락/음극 포텐셜은 가스 압력 및 구성의 기능 및 면의 기하학이다. 지역 가스 압력이 더 높을수록 요구되는 전압은 더 낮아진다. 구멍과 같은 재-참가 기하학은 부피에 대한 표면적의 레벨을 상당히 향상시키고 또한 음극 추락을 감소시킬 것이다. 구멍이 인접면에 대해 전자 소스로서 작동하는 이 효과는 텅빈 음극 효과로 표시된다. 제2 상태는 전자의 소스가 번쩍거리는 트리거 소 스 면에 의해 생성될 수 있는 상태이다. 이러한 상태는 개별적으로 만나고 또는 양쪽으로 채용될 수 있다. 그러나, 전자를 지나가는 전압은 모의 개시를 금지시키기 위해 가스 파손 포텐셜 및 음극 추락 포텐셜이 합보다 작아야 한다. Second, there must be a source of electrons. Even if the average electric field exceeds the failure zone, nothing happens until the negative side begins to emit electrons. To extract electrons from a plane, one of two states must occur. In the first state, the potential difference should be created near the face of the negative fall or exceeding the negative potential. Cathode fall / cathode potential is a function of gas pressure and configuration and the geometry of the face. The higher the local gas pressure, the lower the required voltage. Re-entry geometries such as holes will significantly improve the level of surface area to volume and also reduce cathode fall. This effect of the hole acting as an electron source for the adjacent surface is represented by the hollow cathode effect. The second state is a state where the source of electrons can be created by the flashing trigger source surface. These states can be met individually or employed on both sides. However, the voltage across the electrons must be less than the sum of the gas breakdown potential and the cathode fall potential to inhibit the simulation initiation.

따라서, 도1에서 가스가 칼럼의 기부에 향하는 다수의 구멍(74)이 음극(14) 내에서 형성되고, 구멍은 칼럼의 기부에 근처에서 끝난다. 바람직한 실시예에서, 다수의 그러한 구멍은 칼럼(16)의 반구 주위에 고르게 이격될 것이다. 이러한 구멍을 통해 들어가는 가스는 이러한 구멍의 존재로부터 야기되는 텅빈 음극 효과와 결합되고, 칼럼(16)의 기부 근처의 이러한 구멍의 지역에서 상당히 증가된 압력을 야기하고 따라서 칼럼 내에서 이 위치에서 플라즈마 개시를 야기한다. 플라즈마 개시의 이러한 방법이 어떤 적용에서 플라즈마 개시, 특히 PRF에 적당한 경우, 양 상태가 플라즈마 개시의 적시 및 일정성을 보장하기 위해 맞추도록 트리거 전자가 다음 실시예를 위해 설명된 방법에 또한 제공되는 것이 바람직하다.Thus, in Figure 1 a number of holes 74 are formed in the cathode 14, with the gas directed to the base of the column, and the hole ends near the base of the column. In a preferred embodiment, many such holes will be evenly spaced around the hemispheres of column 16. The gas entering through these holes is combined with the hollow cathode effect resulting from the presence of these holes, resulting in a significantly increased pressure in the region of these holes near the base of the column 16 and thus initiating plasma at this location within the column. Cause. If this method of plasma initiation is suitable for plasma initiation, in particular PRF, in some applications, it is also provided that the trigger electrons are also provided in the method described for the following examples so that both states fit to ensure timeliness and uniformity of the plasma initiation. desirable.

쓰러스터(10)가 이용될 때, 밸브(66)는 가스를 가스 소스로부터 매니폴드(70)을 통해 채널(16)까지 이르는 구멍(74)으로 유동하도록 처음으로 개구된다. 밸브(66)이 장치의 다른 요소 비교하여 상대적으로 느리게 작동하기 때문에, 가스량이 다양한 플라즈마 개시를 통해 소망된 쓰러스트를 진전시키기 위해 충분히 채널(16)으로 유입하도록 밸브가 좌측으로 충분히 길게 개구된다. 예를 들면, 밸브(66)로서 이용될 수 있는 솔레노이드 밸브의 싸이클 시간은 밀리 초 또는 그 이상이다. 플라즈마 파열이 2 내지 3 밀리 초에서 일어날 수 있기 때문에, 그리고 대략 1초의 1/4000에서 바람직한 실시예의 쓰러스트를 위해 사용되는 5 내지 10 센티미터 전극의 길이 아래로 전형적으로 유동할 수 있기 때문에, 만약 각 밸브의 싸이클을 위한 오직 하나의 펄스가 있다면, 추진 가스의 약 1/10이 이용될 것이다. 그것에 의해, 높은 추진 효율을 달성할 수 있고, 예를 들면, 적어도 10개의 다양한 파열 또는 펄스가 밸브의 단일 개구 동안 일어날 수 있다. 펄스의 각각의 개별적 파열동안 정점 전력은 요구된 힘을 생성하기 위해 수 백 킬로와트의 값이 될 것이다. 정점 PRF는 2개의 표준에 의해 결정된다. 충격 시간은 전의 펄스로부터 야기된 플라즈마가 쓰러스터 출구를 깨끗이 하거나 재결합하도록 충분히 길어야한다. 또한, 충격시간은 전극의 길이를 이동하도록 차가운 추진제을 위해 요구되는 시간보다 짧아야 한다. 뒤의 표준은 사용된 가스에 의해 어떤 정도까지 결정된다. 아르곤에 대해서, 5 센티 미터의 칼럼(16)에 대한 전형적인 길이를 가지고, 쓰러스터 전극면에 펴도록 추진제를 위한 시간 지속은 0.1 마이크로 초이고, 크세논과 같은 무게운 가스에 대해서는 시간은 약 0.2 마이크로 초로 증가한다. 그러므로, 고 쓰러스터 펄스 반복율(예를 들면, 애략 5000 pps 이상)은 플라즈마 건이 90%에 다다르는 고 추진 효율을 달성하도록 한다. 유체의 단일 밸빙동안 펄스의 파열 길이는 수백만에 대한 몇 개의 펄스로부터 변할 수 있고 소모된 어떤 연료 및 저 추진 효율과 함께 이로써, 단파열 길이가 달성된다. 그러므로, 가능하면, 파열 싸이클은 적어도 밸브(66)의 최소-시간 싸이클링 동안 제공되는 추진제의 충분한 사용이 가능하도록 충분히 길어야한다.When the thruster 10 is used, the valve 66 is first opened to flow gas from the gas source through the manifold 70 to the hole 74 from the gas source 16 to the channel 16. Since the valve 66 operates relatively slowly compared to other elements of the device, the valve opens long enough to the left so that the amount of gas enters the channel 16 sufficiently to advance the desired thrust through various plasma initiations. For example, the cycle time of a solenoid valve that can be used as the valve 66 is milliseconds or more. Because plasma rupture can occur in 2-3 milliseconds, and typically in about 1/4000 of a second, typically flow down the length of the 5-10 centimeter electrode used for the thrust of the preferred embodiment, If there is only one pulse for the cycle of the valve, about 1/10 of the propulsion gas will be used. Thereby, high propulsion efficiency can be achieved, for example at least ten different bursts or pulses can occur during a single opening of the valve. During each individual burst of the pulse the peak power will be a few hundred kilowatts to produce the required force. Vertex PRF is determined by two standards. The impact time should be long enough for the plasma resulting from the previous pulse to clean or recombine the thruster outlet. In addition, the impact time should be shorter than the time required for the cold propellant to shift the length of the electrode. The latter standard is determined to some extent by the gas used. For argon, with a typical length for column 16 of 5 centimeters, the time duration for the propellant to spread to the thruster electrode surface is 0.1 microseconds, and for heavy gases such as xenon the time is about 0.2 microseconds. Increases to seconds Therefore, a high thruster pulse repetition rate (eg, above 5000 pps) allows the plasma gun to achieve high propulsion efficiency of 90%. The burst length of the pulses during a single valving of the fluid can vary from several pulses for millions and with any fuel consumed and low propulsion efficiency, thereby achieving a short burst length. Therefore, if possible, the burst cycle should be at least long enough to allow sufficient use of the propellant provided during the minimum-time cycling of the valve 66.

추진제가 칼럼(16)의 단부에 다다르기 전에, 게이트 트랜지스터(44)는 전자들은 건너 고전압을 제공하도록 충분이 충전되는 커패시터(58)를 야기하며 가능하 거나 개구되고, 단독으로 또는 후에 언급될 방법으로 트리거 전극과 결합하여 칼럼(16)의 기부에서 플라즈마 개시를 야기한다. 이것은 컨덕터의 내부 및 외부와 연력하는 플라즈마의 덮개를 야기하고, 전류는 플라즈마 덮개를 통해 전자들 사이에서 쉽게 유동하고 자기장을 발생시킨다. 야기되는 자기 압력은 전자를 따라 움직임에 따라 플라즈마 덩어리를 가속하는 J x B 로렌츠 힘을 제공하며 플라즈마 덮개를 축방향으로 민다. 이것은 매우 높은 플라즈마 속도를 야기하며, 전극 길이 및 초기 충전은 초기에 시간에 따라 증가하고 그 다음 0으로 감소하는 rms 전류가 전자들을 건너도록 선택되고, 전압은 커패시터(58)가 방전함에 따라 감소하고, 양쪽 모두는 플라즈마가 전극들의 끝으로부터 축출됨에 따라 0으로 복귀한다. 플라즈마가 공동축 구조의 단부에 다다를 때, 본질적으로 모든 가스는 플라즈마로 끌려지거나 당겨지고 전극들의 단부로 가버린다. 이것은 최대 가스량 및 이에 따른 각 펄스에 최대 모멘텀/쓰러스터를 야기한다. 만약 플라즈마가 전극을 나갈 때 커패시터가 완전히 방전하도록 구조의 길이가 선택된 경우, 그런 다음 전류 및 전압을 0이고 가스의 이온화된 슬러그는 고속에서 스러스터(10)를 떠난다. 예를 들면, 10,000 내지 100,000 미터/초의 범위의 소기 속도는 이 방법으로 작동하는 쓰러스터와 함께 달성될 수 있고, 소기 속도와 함께 주어진 쓰러스터 적용을 위해 최적으로 이용될 수 있다. 쓰러스터의 번쩍이는 단부(30)는 현존 가스의 제어된 팽창을 촉진함으로써 잔류 열 에너지의 일부를 등엔트로피 열역학 팽창을 통해 쓰러스트로 전환하도록 하지만, 이 효과는 꽤 무시할만한 것으로 알려졌고 테이퍼된 부분(30)은 일반적으로 채용되지 않는다. 실제로, 전극(12)의 보호부를 제외하고, 일반적 으로 공간에서 필요하지 않고, 쓰러스터(10)의 무게는 완전하게 하우징(28)을 제거함으로 감소될 수 있다. 펄스 파열은 억제 게이트 트랜지스터(44) 또는 회로(36)로부터 소스(32)를 분리시키는 다른 것에 의해 종결될 수 있다.Before the propellant reaches the end of the column 16, the gate transistor 44 causes the capacitor 58 to be charged enough to cross electrons and provide a high voltage and possibly or openly, which may be mentioned alone or later. In combination with the trigger electrode to cause plasma initiation at the base of the column 16. This results in a covering of the plasma that connects with the inside and outside of the conductor, and the current flows easily between the electrons through the plasma covering and generates a magnetic field. The resulting magnetic pressure provides a J x B Lorentz force that accelerates the plasma mass as it moves along the electron and pushes the plasma sheath axially. This results in a very high plasma velocity, with electrode length and initial charging initially selected to cross over electrons with an rms current that increases with time and then decreases to zero, and the voltage decreases as capacitor 58 discharges and Both return to zero as the plasma is evicted from the ends of the electrodes. When the plasma reaches the end of the coaxial structure, essentially all of the gas is attracted or pulled into the plasma and goes to the ends of the electrodes. This causes a maximum amount of gas and thus maximum momentum / thruster for each pulse. If the length of the structure is chosen so that the capacitor completely discharges when the plasma exits the electrode, then the current and voltage are zero and the ionized slug of gas leaves the thruster 10 at high speed. For example, a scavenging speed in the range of 10,000 to 100,000 meters / second can be achieved with a thruster operating in this way, and can be optimally used for a given thruster application with a scavenging speed. The flashing end 30 of the thruster facilitates controlled expansion of the existing gas to convert some of the residual thermal energy into thrust through isotropic thermodynamic expansion, but this effect is known to be quite negligible and the tapered portion ( 30) is not generally employed. Indeed, with the exception of the protection of the electrode 12, it is generally not necessary in space, and the weight of the thruster 10 can be reduced by completely removing the housing 28. The pulse rupture can be terminated by the suppression gate transistor 44 or another that separates the source 32 from the circuit 36.

도2는 도1에 도시된 것과 어떤 점에서 다른 또 하나의 실시예 쓰러스터(10)를 도시한다. 첫째로, 비선형 자기 압축기(36)은 단일 저장 거패시터로 교체 되었고, 실제적인 적용에서 전형적으로 약 100 마이크로패러드(microfarad)의 커패시턴스를 달성하기 위한 커패시터의 뱅크가 된다. 둘째로, 음극(14)은 그 출구 단부를 향해 약간씩 가늘어 진다. 셋째로, 트리거 전극(82)과 같은 스파크-플러그 전극(82)은 구동 회로(86)를 트리거 전극에 대응함으로써 구멍들(74)의 각각에 위치함면서 도시되고; 하우징 부재(77)에 의해 형성된 내부 가스 매니폴드(72)는 구멍(74)에 추진 가스를 공급하도록 제공되고, 가스 입구 구멍(도시되지 않음)은 부재(77) 내에 제공되고, 절연체(24) 및 중심 전극(12) 내에 형성된 가스 출구 구멍(84)이 도시된다. 도1의 실시예에서, 각각의 구멍(74) 내에 트리거 전극(82)및 각각의 구멍(74)를 마주 보는 가스 출구 또는 출구들(84)과 함께 예를 들면, 4 내지 8개의 음극(14)의 반구 주위로 고르게 이격된 다수의 구멍(74)이 전형적으로 있고 그곳에서 가스를 향하게 한다. 이후에 논의될 이유로, 챔버에 대한 대부분의 가스 입구는 적당한 소스로부터 유동하고, 매니폴드(72) 및 구멍(74)을 위한 동일한 소스가 될 수 있고, 출구(84)를 통과하고 중심 전극 근처 챔버로 유입되고, 구멍(74)을 통한 가스 유동은 트리거 전극에 의한 개시를 촉진하도록 주가 된다. FIG. 2 shows yet another embodiment thruster 10 in some respects from that shown in FIG. 1. First, the nonlinear magnetic compressor 36 has been replaced with a single storage capacitor, which in practice is typically a bank of capacitors to achieve a capacitance of about 100 microfarads. Secondly, the cathode 14 is tapered slightly toward its outlet end. Third, a spark-plug electrode 82, such as trigger electrode 82, is shown positioned in each of the holes 74 by corresponding drive circuit 86 to the trigger electrode; An internal gas manifold 72 formed by the housing member 77 is provided to supply propellant gas to the hole 74, a gas inlet hole (not shown) is provided in the member 77, and the insulator 24 is provided. And a gas outlet hole 84 formed in the center electrode 12. In the embodiment of FIG. 1, for example, four to eight cathodes 14, with a gas outlet or outlets 84 facing each of the trigger electrodes 82 and each hole 74 in each hole 74. There are typically a number of holes 74 evenly spaced around the hemisphere and direct the gas there. For reasons to be discussed later, most of the gas inlet to the chamber flows from a suitable source, can be the same source for the manifold 72 and the hole 74, passes through the outlet 84 and near the center electrode Gas flow through the hole 74 is predominant to facilitate initiation by the trigger electrode.

고 전압 구동 펄스를 제공하도록 전압을 저장하기 위해 비선형 자기 압축 회 로(36)의 장소에 어떤 적용에서 커래시터(80)가 이용될 수 있는 경우, 압축기(36)가 더 짧고 더 높은 전압 펄스 모두를 제공하도록 조절되기 때문에, 그러한 배열은 더 낮은 PRFs 또는 더 낮은 전압이 요구되는 적용에 전형적으로 사용될 것이다. 회로(36)는 또한 커패시터(58)를 가로지르는 전압 및 비선형 코일(60)의 포화에 의해 결정되는 시간에서 펄스를 제공하고, 커패시터(80)와 함께 달성될 수 있는 것보다 더욱 예상 가능한 시간이고, 기본적으로 파손이 커패시터를 방전하도록 허용하는 칼럼(16)의 기부에서 발생할 때까지 충전한다.If the capacitor 80 can be used in any application in place of the nonlinear magnetic compression circuit 36 to store the voltage to provide a high voltage drive pulse, the compressor 36 is both shorter and higher voltage pulses. Such arrangements will typically be used in applications where lower PRFs or lower voltages are required. The circuit 36 also provides a pulse at a time determined by the voltage across the capacitor 58 and the saturation of the nonlinear coil 60, and is more predictable than can be achieved with the capacitor 80 Basically, charge until breakage occurs at the base of column 16 allowing discharge of the capacitor.

트리거 전극(82)은 소스(32)로부터 전압을 수용하는 분리 구동 회로(86)에 의해 격발되고, 그렇지 않으면 인버터(34) 및 압축기 또는 커패시터(80) 중 하나에 독립적이다. 구동 회로(86)는 2개의 비선형 압축 단계를 구비하고 트리거 전극의 격발을 개시하도록 SCR에 대한 입력 신호에 대응하여 격발될 수 있다. SCR에 대한 신호는 예를 들면 이 전압이 소정값에 다다를 때 전압 또는 커패시터(80)를 가로지르는 충전을 검출하고 격발을 개시하는 것에 응한 것이거나 커패시터(80)의 충전이 시작될 때 개시된 타이머에 응한 것이 될 수 있고, 격발은 커패시터가 소망값에 다다르도록 충분한 시간이 지날 때 일어난다. 압축기(36)와 함께, 인턱터(60)가 포화될 때 일어나도록 시간을 맞출 수 있다. 칼럼(84)의 기부에서 제어된 개시는 구멍(74)의 재-참가 기하학에 의해 향상되고, 또한 채널(16)이 기부 단부에서 더 좁아지는 사실에 의해 더 나아가 이 지역에서 상승하는 압력 및 전에 논의된 이유에 의해 이 지역 내에서 파손의 개시를 보장한다.The trigger electrode 82 is triggered by a separate drive circuit 86 that receives the voltage from the source 32, otherwise it is independent of the inverter 34 and one of the compressor or capacitor 80. The drive circuit 86 has two nonlinear compression steps and can be triggered in response to an input signal to the SCR to initiate triggering of the trigger electrode. The signal to the SCR is, for example, in response to detecting the voltage across the capacitor or charging when the voltage reaches a predetermined value and initiating a trigger or in response to a timer started when the charging of the capacitor 80 begins. The trigger occurs when enough time has passed for the capacitor to reach the desired value. With the compressor 36, it can be timed to occur when the inductor 60 is saturated. The controlled initiation at the base of the column 84 is enhanced by the re-entry geometry of the hole 74 and also by the fact that the channel 16 is narrower at the base end and further increases in pressure and before For the reasons discussed, the onset of breakage is guaranteed within this area.

각각의 트리거 전극(82)은 하우징(77) 내의 개구부(89) 안에 맞는 스크류 단 면을 구비하는 구조와 같은 스파크-플러그이고 그 곳에 전극을 고정하기 위해 스크류된다. 전극(82)의 전방 단부는 추진 가스가 트리거 전극 주위의 구멍(74)를 통과하여 유동할 수 있도록 개구부의 직경보다 더 좁은 직경을 가진다. 예를 들면, 트리거 전극이 모의 낮은 점에서 0.40 인치인 반면, 구멍은 직경이 0.44 인치가 될 수 있다. 트리거 전극의 트리거 요소(91)는 칼럼(16)에 인접한 구멍(74)의 단부에 근처까지 연장하지만, 바람직하게는 칼럼(16) 내에 진전되는 플라즈마 힘에 대해 전극을 보호하도록 칼럼(16) 내로 연장하지는 않는다. 전극의 단부는 예를 들면 구멍(74) 직경에 대해 대체로 같은 거리 만큼 구멍(74)의 단부로부터 이격된다.Each trigger electrode 82 is a spark-plug, such as a structure having a screw cross section that fits into an opening 89 in a housing 77 and is screwed to secure the electrode there. The front end of the electrode 82 has a diameter narrower than the diameter of the opening so that the propellant gas can flow through the hole 74 around the trigger electrode. For example, while the trigger electrode is 0.40 inches at the simulated low point, the aperture can be 0.44 inches in diameter. The trigger element 91 of the trigger electrode extends close to the end of the hole 74 adjacent the column 16 but preferably into the column 16 to protect the electrode against plasma forces advancing within the column 16. It does not extend. The ends of the electrodes are spaced apart from the ends of the holes 74, for example, by a distance substantially equal to the diameter of the holes 74.

트리거 전극(82) 및 플라즈마 전극(12, 14)이 모두 공통 전원(32)으로부터 격발되는 경우, 2개의 전극을 위한 구동 회로들은 각각 독립적이고, 상당히 동시에 작동할 경우, 다른 전압 및 전력을 생성한다. 예를 들면, 플라즈마 전극이 전형적으로 400 내지 800 볼트에서 작동하는 경우, 트리거 전극은 5Kv 전압을 그곳을 가로질러 가질 수 있다. 그러나, 이 전압은 에너지를 예를 들면 1/20 주울 보다 더 낮도록 하기 위해 더 짧은 시간 지속 예를 들면, 100 나노 초를 위해 제공된다. When both the trigger electrode 82 and the plasma electrodes 12, 14 are triggered from the common power supply 32, the driving circuits for the two electrodes are each independent and generate different voltages and powers when operated at substantially the same time. . For example, if a plasma electrode typically operates at 400 to 800 volts, the trigger electrode may have a 5 Kv voltage across it. However, this voltage is provided for a shorter duration of time, for example 100 nanoseconds, to make the energy lower than for example 1/20 joules.

도1 및 도2에 도시된 종류의 쓰러스터들의 다른 잠재적 문제점은 칼럼(16)을 가로지르는 로렌츠 힘이 중심 전극 근처에서 최대가 되고 외부로부터 음극 외부 전극(14)까지 다소 불일정하게 감소하며 불일정하다는 것이다. 그 결과, 가스 플라즈마는 가스가 중심 전극으로부터 처음으로 나가고 그 다음 가스가 외부 전극을 향해 연장하며 기울어진 전방을 따라 나간다. 이것이 바람직한 실시예에서는 행해지지 않았음에도 불구하고, 외부 전극(14)은 그러므로 쓰러스터를 가로질러 불일정하 게 가스를 나가게 하는 것을 촉진하도록 더 짧게 될 수 있다. 이 외부 전극의 테이퍼는 하우징(28)의 지점(30) 내의 테이퍼와 같은 이유이고 이 테이퍼된 지점과 연계하여 논의된 같은 이유에 대해선 선택적이다.Another potential problem with the thrusters of the kind shown in Figs. 1 and 2 is that Lorentz forces across the column 16 are maximal near the center electrode and somewhat unevenly reduced from the outside to the cathode outer electrode 14 It is constant. As a result, the gas plasma exits the inclined front with the gas first exiting the center electrode and then the gas extending toward the external electrode. Although this has not been done in the preferred embodiment, the external electrode 14 can therefore be shorter to facilitate uneven gas exit across the thruster. The taper of this external electrode is for the same reason as the taper in point 30 of housing 28 and is optional for the same reason discussed in connection with this tapered point.

칼럼(16) 내의 고르지 못한 속도의 문제는 대부분의 가스가 구멍(89)을 통해 중심 전극 근처에서 및/또는 전극으로부터 칼럼(16)에 들어감으로써 또한 도2 내에서 처리되고, 이로써 외부 전극보다 중심 전극에서 더 큰 가스량을 야기한다. 중심 전극 근처에서 더 큰 양이 그곳에서 더 큰 가속력을 상쇄하도록 이것이 조심스럽게 행해진다면, 가스/플라즈마가 쓰러스터의 단부를 일정하게(예를 들면, 전극에 전방 수직으로) 나가도록 더 거의 일정한 속도가 칼럼(16)을 가로질러 원주 방향으로 달성될 수 있다. 이러한 보정은 왜 더 짧은 외부 전극이 일반적으로 요구되지 않는지의 하나의 이유이다.The problem of uneven velocity in column 16 is handled in FIG. 2 also by entering most of the gas near the center electrode and / or from the electrode through hole 89 and thereby in the center rather than the outer electrode. This results in a larger amount of gas at the electrode. If this is done carefully so that a greater amount near the center electrode cancels out greater acceleration there, then a nearly constant velocity such that the gas / plasma exits the end of the thruster consistently (eg, forwardly perpendicular to the electrode). Can be achieved in the circumferential direction across column 16. This correction is one reason why shorter external electrodes are generally not required.

상기에서 언급된 차이를 제외하고, 도2의 쓰러스터는 도1의 쓰러스터와 동일한 방식으로 작동한다. 또한, 단일의 쓰러스터가 도면에 도시된 경우, 공간에서 또는 다른 적용에서, 다수의 그러한 쓰러스터 예를 들면, 12개의 쓰러스터가 이용될 수 있고, 각각의 작동은 1주울/파 그리고 무게는 1킬로그램 이상이다. 모든 쓰러스터는 중앙 전원 공급에 의해 전력이 공급되고, 중앙 제어 장치를 사용하고 공통 소스로부터 추진제를 수용할 것이다. 뒤의 것은 쓰러스터를 이용하는 공간 수송 수단의 조종 수명이 어떤 고체 연료 쓰러스터의 경우와 같이 쓰러스터를 사용하는 대부분의 주파수를 위한 연료 공급량에 의해 지시되지 않고 오직 수송 수단에 탄 전체 추진제에 의해 지시 된다는 점에서 본 발명의 쓰러스터에 대한 특별한 잇 점이다. Except for the differences mentioned above, the thruster of FIG. 2 operates in the same manner as the thruster of FIG. In addition, where a single thruster is shown in the figures, in space or in other applications, a number of such thrusters, for example twelve thrusters, may be used, each operation being one joule / wave and weight It is more than 1 kilogram. All thrusters will be powered by a central power supply, use a central control unit and receive propellant from a common source. The latter is not indicated by the fuel supply for most frequencies using the thruster, as in the case of any solid fuel thruster, but by the total propellant on the vehicle, as in the case of any solid fuel thruster. This is a particular advantage for the thrusters of the present invention.

도3은 본 발명의 설명에 따른 플라즈마 건의 또 다른 실시예를 도시하고, 건은 쓰러스터로서 보다 방사선 소스로서의 사용을 위해 조절된다. 본 발명의 이 실시예는 직류-직류 인버터(34) 및 비선형 자기 압축기(36)과 함께 도1에 도시된 바와 같은 구동기를 사용하고 또한 가스를 음극의 구멍(74)을 통해 트리거 전극(82)의 주위로 적용하는 다기관(72)을 구비한다. 그러나, 이 실시예에서, 추진 가스는 중심 전극으로부터 입력되지 않는다. 음극 전극은 본 발명의 이 실시예에서 테이퍼하지 않고 실제적으로 중심 전극(12)과 동일한 길이이다. 전극(12, 14)의 길이도 또한 본 발명의 본 실시예에서 방전 전류가 최대에 있을 때 가스/플라즈마가 전극/칼럼 단부에 다다르도록 하는 쓰러스터 실시예에 대해서 보다 짧다. 전형적으로, 커패시터는 이 시점에서 반-전압 점에 다다를 것이다. 또한, 방사선 소스 적용을 위해, 외부 전극(14)은 고체이거나 구멍을 낼 수가 있다. 최상의 결과는 전형적으로 원으로부터 고르게 이격된 로드의 집합을 구성하는 외부 전극과 함께 달성된다. 상기 기술된 배치와 함께, 플라즈마로서 자기장은 플라즈마를 핀치 속으로 구동시키고 그 온도를 상당하게 증가할 힘을 생성하는 중심 전극의 단부가 구동된다. 전류가 높아질수록 그에 따른 자기장도 높아질수록 최종 플라즈마 온도도 증가할 것이다. 칼럼(16)을 가로지르는 더 일정한 속도를 달성하도록 가스 밀도를 프로파일할 노력이 또한 없고 정적이고, 일정한 가스 충전이 전형적으로 사용될 것이다. 그러므로, 이것이 여전히 바람직함에도 불구하고 가스가 칼럼(16)의 기부 단부에 도입될 필요가 없다. 프로파일되지 않는 가스는 외부 컨덕터(14)에서 보 다 중심 컨덕터(12)에서 훨씬 더 높은 속도를 야기한다. 구동기에서 커패시턴스, 가스 밀도 및 전극 길이는 전류가 그 최대값에 가까워짐에 따라 플라즈마 면이 중심 전극의 단부를 구동시키는 것을 보장하도록 조절된다. Figure 3 shows another embodiment of a plasma gun in accordance with the description of the present invention, wherein the gun is adjusted for use as a radiation source rather than as a thruster. This embodiment of the present invention uses a driver as shown in FIG. 1 in conjunction with a DC-DC inverter 34 and a nonlinear magnetic compressor 36 and also allows the gas to flow through the hole 74 of the cathode through the trigger electrode 82. The manifold 72 is applied to the periphery. However, in this embodiment, no propellant gas is input from the center electrode. The cathode electrode is not tapered in this embodiment of the present invention and is substantially the same length as the center electrode 12. The lengths of the electrodes 12, 14 are also shorter in this embodiment of the present invention for the thruster embodiment where the gas / plasma reaches the electrode / column end when the discharge current is at its maximum. Typically, the capacitor will reach the half-voltage point at this point. In addition, for radiation source applications, the external electrode 14 may be solid or punctured. Best results are typically achieved with external electrodes that make up a collection of rods evenly spaced from the circle. With the arrangement described above, the magnetic field as a plasma is driven at the end of the center electrode which generates a force that drives the plasma into the pinch and significantly increases its temperature. The higher the current, the higher the resulting magnetic field will increase the final plasma temperature. There is also no effort to profile gas density to achieve a more constant rate across column 16 and static, constant gas filling will typically be used. Therefore, although this is still desirable, no gas needs to be introduced at the base end of the column 16. Unprofiled gas results in a much higher velocity in the center conductor 12 than in the outer conductor 14. The capacitance, gas density and electrode length in the driver are adjusted to ensure that the plasma plane drives the end of the center electrode as the current approaches its maximum.

일단 플라즈마가 중심 컨덕터의 단부를 구동시키며, 플라즈마 면은 내부로 밀려진다. 플라즈마는 우산 또는 분수대 모양을 형성한다. 중심 컨덕터의 끝에 바로 인접한 플라즈마 컬럼을 통해 유동하는 전류의 자기장은 가스 압력이 내부로 향하여진 자기 압력과 평형에 다다를 때까지 플라즈마 칼럼 내부를 죄는 내부 압력을 제공한다.Once the plasma drives the end of the center conductor, the plasma plane is pushed inward. The plasma forms an umbrella or fountain shape. The magnetic field of the current flowing through the plasma column immediately adjacent the end of the central conductor provides an internal pressure that clamps inside the plasma column until the gas pressure is in equilibrium with the magnetic pressure directed inward.

태양 표면 보다 100배 이상 뜨거운 온도가 본 기술을 사용한 핀치에서 달성될 수 있다. 소망된 파장의 방사선이 일반적으로 가스 상태이고 핀치에서 그 파장에서 스펙트럼선을 구비하는 요소를 도입함으로써 플라즈마 건(90)으로부터 얻어진다. 이것은 요소로서 기능하는 플라즈마 가스에 의해 또는 어떤 다른 방식으로 핀치에서 도입되는 요소에 의해 달성되는 반면, 바람직한 실시예에서, 요소는 전극(12) 내에 형성된 중심 채널(92)을 통해 도입된다. 중심 전극(12)은 냉각수, 가스 또는 그곳에 접촉하여 하우징의 부분을 덮으며 유동하는 다른 물질을 구비함으로써 그 기부 단부에서 바람직하게 냉각된다. 이것은 플라즈마 핀치가 발생할 때, 약 1200°C의 온도가 될 수 있는 음극의 끝과 함께 큰 온도 그레디언트를 제공한다. 특히, 고온에서, 방사선 강도는 파장의 제4의 힘에 역비례한다 (예를 들면, 강도≒1/λ⁴;=(f/c)⁴; λ= 소망된 방사선의파장, f = 소망된 방사선의 주파수 및 c = 빛의 속도). 따라서, 채널(92)을 통해 핀치에 또는 핀치에 전달되는 다른 것에 공급되는 주어진 가스/요소에 대해, 신호가 단일 전자 상태 (예를 들면, 하나를 제외한 모든 원자가 분자로부터 제외된, 그러한 고 에너지 상태까지 상승된 원자)에서 요소의 원자들에 대해 얻어지는 2P -> 1S 상태로부터 쇠퇴하는 동안, 요소로부터 방사된 최단 파장 신호를 위해 최대 강도를 얻게된다. 단일 전자 상태에 있는 원자에 대해, 파장이 ( λ= 121.5nm/N², N이 기화된 챔버(92)내의 요소의 원자수일 때)에 의해 주어진다. 이 식을 사용하여, 주기표의 제1의 6개의 요소에 대한 최고 에너지를 구비하는 파장이 아래 표1에서 표시된다.Temperatures 100 times hotter than the solar surface can be achieved at the pinch using the present technology. The radiation of the desired wavelength is generally obtained from the plasma gun 90 by introducing an element in the gaseous state and having a spectral line at that wavelength at the pinch. This is accomplished by means of a plasma gas functioning as an element or by an element introduced in the pinch in some other way, while in a preferred embodiment the element is introduced through a central channel 92 formed in the electrode 12. The center electrode 12 is preferably cooled at its base end by having coolant, gas or other material that flows in contact with and covering the portion of the housing. This provides a large temperature gradient with the tip of the cathode, which can be about 1200 ° C when a plasma pinch occurs. In particular, at high temperatures, the radiation intensity is inversely proportional to the fourth force of the wavelength (eg, intensity ≒ 1 / λ ⁴ ; = (f / c) ⁴ ; λ = wavelength of the desired radiation, f = desired radiation). Frequency and c = speed of light). Thus, for a given gas / element supplied to pinch through channel 92 or to another delivered to the pinch, such a high energy state where the signal is excluded from a single electron state (eg, all valence molecules except one) While decaying from the 2P-> 1S state obtained for atoms of the element at atoms raised up to), the maximum intensity is obtained for the shortest wavelength signal emitted from the element. For atoms in a single electron state, the wavelength is given by (λ = 121.5 nm / N ² , where N is the number of atoms of the element in the vaporized chamber 92). Using this equation, the wavelengths with the highest energy for the first six elements of the periodic table are shown in Table 1 below.

채널(92)를 통해 적용된 가스 정도까지는 그 단일 전자 상태로 완전하게 전환되지 않고, 핀치에서 존재하는 온도에서 조차도 대부분의 가스는 일반적으로 이 상태가지 이온화 되지 않을 것이고, 방사선은 요소를 위한 스펙트럼 다른 파장에서 또한 출력될 것이고; 그러나, 상기 식으로부터 명백하듯이, 이러한 방사선은 훨씬 더 낮은 각도일 것이고, 강도는 단일 전자 상태를 위한 강도의 작은 분율이다. 따라서, 예를 들면, 54의 원자수와 함께 크세논은 작은 값인 0.04nm의 단일 전자 파 장을 구비하지만 짧게 논의될 바와 같이 유용한 13nm의 파장에서 에너지를 또한 구비한다. 그러나, 13nm에서 에너지는 단일 전자 상태에 적합한 핀체에서 온도에 대한 단일 전자 파장에서의 에너지의 1/10^-10이고 더 작은 핀치 온도에서조차 여전히 일반적으로 더 낮은 크기의 순서로 있다. 이것은 상대선 및 상당하게 변하는 온도의 폭을 결정하는 것에 의존하는 흑체 방출 커브의 모양 때문에 오직 13nm에서 방출되도록 에너지의 작은 분율(≤1/4) 이상으로 강제하는 것이 불가능하기 때문이다.The degree of gas applied through channel 92 is not completely converted to its single electronic state, and even at temperatures present at the pinch, most gases will generally not ionize this state, and radiation has a spectral different wavelength for the element. Will also be output; However, as is apparent from the above equation, this radiation will be at a much lower angle and the intensity is a small fraction of the intensity for a single electronic state. Thus, for example, xenon with an atomic number of 54 has a single electron wavelength of 0.04 nm, which is small, but also energy at a useful 13 nm wavelength as will be discussed shortly. However, at 13 nm the energy is 1/10 ^-10 of the energy at a single electron wavelength versus temperature in a fin body suitable for a single electron state and is still generally in the order of lower magnitude, even at smaller pinch temperatures. This is because it is impossible to force more than a small fraction of energy (≦ 1/4) to emit only at 13 nm because of the shape of the blackbody emission curve, which depends on determining the relative line and the width of the significantly varying temperature.

그러므로, 요소의 최적 단일 전자 파장과 다른 파장에서 방사선을 사용하는 것은 요소를 위해 방사된 더 짧은 파장을 거르는 것이 필요하고, 파장은 훨씬 더 높은 강도에 있다. 도3은 플라즈마 건(90)으로부터 방출된 방사선(94)이 소망된 파장 외의 방사선의 모든 파장을 흡수하도록 구성된 기술 분야에서 공지된 종류의 거울(96)에 적용되고, 파장은 소망된 목표를 향해 반사된다. 다른 필터, 적어도 소망된 파장을 위한 하이 패스 필터 및 상기의 것이 또한 사용된다. Therefore, using radiation at a wavelength different from the optimal single electron wavelength of the element requires filtering out the shorter wavelength emitted for the element, the wavelength being at much higher intensity. 3 is applied to a mirror 96 of a type known in the art, in which the radiation 94 emitted from the plasma gun 90 is configured to absorb all wavelengths of radiation other than the desired wavelength, with the wavelength directed toward the desired target. Reflected. Other filters, at least high pass filters for the desired wavelengths, and the above are also used.

따라서, 가능하면, 그 최고의 에너지 단일 전자 상태에서 소망된 파장에서 방사선을 생성하는 채널(92)에 적용된 가스 또는 다른 요소를 위한 요소를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 단일 전자 상태 내의 소망된 파장에서 방사선을 방출하는 어느 요소도 존재하지 않은 경우, 그리고 표1로부터 약 7.6nm, 아주 적은 파장이 사실 그들의 최대 에너지 상태에서 요소를 위해 유용한 것이 보여질 경우, 그 다음에 소망된 파장 및 소망된 파장에서 방사선을 얻기 위해 이용되는 필터 거 울(96)와 같은 적합한 필터에서 방사선을 방출하는 요소가 알려져야 한다. 이 방사선이 단일-전자 상태 파장에서의 방사선보다 훨신 더 낮은 강도에서 있을 것이기 때문에, 더 크고 일반적으로 더 비싼 장치(90)가 더 낮은 강도 파장에서 충분한 에너지를 얻도록 요구될 것이다. 주어진 파장에서 방사선 강도는 와트/미터제곱/헤르츠 용어로 주어지고 주파수 또는 방사선의 파장의 함수 모두에 따라 온도 및 방출률을 변화시킨다. 방출률은 하나의 최대값을 가지는 함수이고 소망된 출력 주파수/파장에서 최대 방출률을 갖는 가스를 선택하는 것이 중요하다. 주어진 파장 λ에 대한 최적 핀치 온도(T_최적)가 바인스 변위 법칙(K°가 캘빈의 플라즈마의 온도인 경우 T_최적=0.2898cm x K°/λ)으로부터 결정될 수 있다. 13nm 방사선을 얻도록 각각의 핀치 동안 방사선을 생성하도록 이온화된 가스의 매우 작은 양 때문에 크세논은 채널(90)을 통해 상대적으로 느린 속도로 유동될 수 있다. 그러나, 앞서 논의된 바와 같이, 크세논이 사용된다면, 13nm에서 출력 방사선은 상대적으로 낮은 강도가 될 것이고, 필터(96)와 같은 필터는 이 파장에서 유용한 방사선을 얻도록 요구될 것이다. 이러한 이유로, 표1로부터 소망된 파장(예를 들면, 13.5nm)에서 실질적으로 최대 강도 파장을 구비하도록 보여질 수 있는 리튬이 이 파장에서 방사선을 위한 바람직한 요소이다. Thus, if possible, it is desirable to use an element for the gas or other element applied to the channel 92 that generates radiation at the desired wavelength in its highest energy single electron state. However, if none of the elements emit radiation at the desired wavelength within that single electronic state, and from Table 1 it is shown that about 7.6 nm, very few wavelengths are actually useful for the element in their maximum energy state, Then the element that emits radiation in a suitable filter, such as filter mirror 96 used to obtain radiation at the desired wavelength and the desired wavelength, should be known. Since this radiation will be at much lower intensity than radiation at single-electron state wavelengths, larger and generally more expensive devices 90 will be required to obtain sufficient energy at lower intensity wavelengths. Radiation intensity at a given wavelength is given in watts per square meter / hertz term and changes temperature and emission rate as a function of both frequency or wavelength of radiation. The emission rate is a function of one maximum and it is important to choose a gas with the maximum emission rate at the desired output frequency / wavelength. The optimum pinch temperature (T _optimal ) for a given wavelength [lambda] can be determined from the Vines displacement law (T _optimum = 0.2898 cm x K [deg.] / [Lambda] when K [deg.] Is the temperature of Kelvin's plasma). Xenon may flow at a relatively slow rate through channel 90 because of the very small amount of gas ionized to produce radiation during each pinch to obtain 13 nm radiation. However, as discussed above, if xenon is used, the output radiation at 13 nm will be relatively low intensity, and a filter such as filter 96 will be required to obtain useful radiation at this wavelength. For this reason, lithium, which can be seen to have a substantially maximum intensity wavelength at the desired wavelength (eg, 13.5 nm) from Table 1, is a preferred element for radiation at this wavelength.

도4는 소망된 방사선을 생성하도록 리튬 증기를 이용하는 실시예를 위한 중심 전극(12)을 도시한다. 이 도면을 참고하면, 고체 리튬 코어(98)가 스테인리스 스틸과 같은 재료의 튜브(100) 내에 보유되고, 튜브(100)의 끝은 플라즈마 핀치 동 안 약 900도씨의 온도에 있는 끝 근처에 중심 전극을 따른 점에 있고, 리튬 코어(98)의 끝의 약 1 토르의 압력에서 리튬 증기의 생성을 야기한다. 이 리튬 증기는 끝에서 아르곤 또는 다른 플라즈마 가스를 변위시키는 속도로 전극(12)의 단부 내의 구멍(102) 밖으로 유동하고, 이 요구되는 유동율은 도시한 실시예에서 1년에 약 1 내지 10 그램의 범위에 있다. 튜브(100)는 적당한 위치에서 리튬 코어(98)의 전방 단부를 유지하도록 적합한 방식으로 느리게 진행된다. 코어(98)가 사용될 때, 그것은 교체될 수 있다. 헬륨 가스의 작은 양은 바람직하게 오직 리튬 및 헬륨 만이 핀치된 구역에 있다는 것을 보장하도록 튜브(100) 주위 및 개구부(102) 밖으로 공급되고, 작은양으로도 높은 에너지, 짧은 파장선을 도입할 아르곤이 걸러지지 않는다면 소망된 목표에서 13nm 방사선과 간섭할 수 있다.4 shows a center electrode 12 for an embodiment that utilizes lithium vapor to produce the desired radiation. Referring to this figure, a solid lithium core 98 is retained in a tube 100 of a material such as stainless steel, with the end of the tube 100 centered near the end at a temperature of about 900 degrees Celsius during the plasma pinch. At the point along the electrode, it causes the production of lithium vapor at a pressure of about 1 Torr of the tip of the lithium core 98. This lithium vapor flows out of the hole 102 in the end of the electrode 12 at a rate that displaces argon or other plasma gas at the end, and this required flow rate is about 1 to 10 grams per year in the illustrated embodiment. Is in range. The tube 100 runs slowly in a suitable manner to maintain the front end of the lithium core 98 in the proper position. When the core 98 is used, it can be replaced. A small amount of helium gas is preferably supplied around the tube 100 and out of the opening 102 to ensure that only lithium and helium are in the pinched area, and also filters argon to introduce high energy, short wavelength lines in small amounts. If not, it can interfere with 13nm radiation at the desired target.

핀치에 대해 리튬 또는 다른 적합한 재료를 얻는 다른 방식은 유체(예를 들면, 액체 또는 가스) 상태 내에서 액체 리튬 또는 어떤 다른 적합한 재료에 포화된 소결된 분말 내열성 금속의 중심 전극(12) 및 외부 전극(14) 중 적어도 하나를 형성하는 것이다. 텅스텐 또는 몰리브덴과 같은 금속은 적당한 접착제와 함께 텅스텐과 같은 분말된 내열성 재료를 가압함으로써 소망된 전자 모양으로 제조될 수 있고, 그리고 나서 고온에서 결과량을 소결한다. 그 결과, 다공성 소결 금속 매트릭스는 액체 리튬 또는 다른 소망된 재료에 스며들 수 있고, 개선된 수명 및 리튬/재료를 방전으로 도입하는 대안 수단을 제공한다. 액체 리튬은 방사선 발생 재료를 교체하도록 할 필요없이 공정을 위한 실질적인 무한 수명을 제공하도록 소망된다면 작동 동안 전극의 금속 매트릭스에 끊임없이 제공될 수 있다. 분말된 소결 금속을 선택하는데 하나의 구속은 금속이 거친 재료를 발생하는 방사선 내에서 녹지 않는 것을 보장하는 것이다. Another way of obtaining lithium or other suitable material for the pinch is the center electrode 12 and the outer electrode of the sintered powder heat resistant metal saturated in liquid lithium or some other suitable material in a fluid (eg liquid or gas) state It forms at least one of (14). Metals such as tungsten or molybdenum can be made into the desired electronic shape by pressing a powdered heat resistant material such as tungsten with a suitable adhesive, and then sintering the resultant at high temperatures. As a result, the porous sintered metal matrix can penetrate liquid lithium or other desired materials, providing an improved lifetime and alternative means of introducing lithium / material into the discharge. Liquid lithium can be constantly provided to the metal matrix of the electrode during operation if desired to provide a substantial infinite life for the process without having to replace the radiation generating material. One constraint on selecting a powdered sintered metal is to ensure that the metal does not melt in the radiation that produces the rough material.

만약 크세논이 13nm 방사선을 얻도록 사용된다면, 그 파장에서 흡수성이기 때문에 핀치 바로 근처에서 인접해야만 한다. 칼럼(92) 내에서 요소/가스를 위한 단일 전자 파장과 다른 파장에서 방사선이 사용되는 경우, 크세논의 경우이므로, 핀치에서 온도는 그 단일 전자 상태에 대한 더 작은 요소가 이온화하도록 제어될 수 있고, 따라서, 더 짧은 파장에서 여전히 훨씬 더 높은 강도 방사선에도 불구하고 더 긴 파장 및 더 작은 방사선에서 더 많은 방사선을 제공한다.If xenon is used to obtain 13 nm radiation, it must be adjacent immediately near the pinch because it is absorbable at that wavelength. If radiation is used at a wavelength other than the single electron wavelength for the element / gas in column 92, as is the case for xenon, the temperature at the pinch can be controlled to ionize the smaller element for that single electron state, Thus, even at shorter wavelengths still provide much more radiation at longer wavelengths and smaller radiations despite much higher intensity radiation.

방출된 방사선에 대한 원뿔 각도가 가능하면 작은 것이 또한 바람직하다. 작은 원뿔 각도는 핀치에서 방사하는 가스로부터 방사선의 자극된 방출이 동시 방출 보다 훨씬 클 때 달성되고, 동시 방출은 더 산란적이다. 특히, 핀치에서의 온도를 볼츠만 상수(k) 배 한 것이 플랑크 상스(h)를 방사선의 주파수(f)배 한 것보다 훨씬 크다면, 자극된 방출(A)에 대한 동시 방출 비(B)는 (B/A = kT/hf)로 주어진다. 예를 들면, 이 비가 20과 같은 때(예를 들면 플라즈마 온도가 관계의 광자 에너지의 20배 일 때) 반 원뿔각은 약 25°이다. 플라즈마 온도가 높아질수록 원뿔 각도는 더 좁아지지만; 방사선의 파장이 짧아질수록 좁은 원뿔 각도를 달성하는 것이 더 어려워진다. 그러나, 원뿔 각도는 핀치에서 소망된 온도를 달성하기 위한 전류 및 다른 변수 선택에 고려할 하나 이상의 요인이다. It is also desirable that the cone angle for the emitted radiation is as small as possible. Small cone angles are achieved when the stimulated release of the radiation from the gas radiating at the pinch is much larger than the simultaneous release and the simultaneous release is more scattering. In particular, if the Boltzmann constant (k) times the temperature at the pinch is much greater than the Planck phase (h) times the frequency (f) of the radiation, then the simultaneous emission ratio (B) to the stimulated emission (A) is (B / A = kT / hf). For example, when this ratio is equal to 20 (e.g., when the plasma temperature is 20 times the photon energy of the relationship), the half cone angle is about 25 degrees. The higher the plasma temperature, the narrower the cone angle; The shorter the wavelength of radiation, the harder it is to achieve a narrow cone angle. However, the cone angle is one or more factors to consider in selecting the current and other variables to achieve the desired temperature at the pinch.

도5는 본 발명의 다른 실시예를 도시하고, 전극 길이와 같은 요소에 의존하고 방사선 방출 요소/가스가 중심 전극(12)을 통해 도입되는지 여부에 따라 쓰러스 터, 방사선 소스 또는 플라즈마가 사용되는 다른 기능이 될 수 있다. 플라즈마 건은 주 고체 상태 구동기(110)에 의해 구동되는 것처럼 도시되고, 바람직한 실시예에서 직류/직류 전환기 (34) 및 NMC(36)를 포함한다. 그러나, 이 실시예가 플라즈마 개시를 위한 구멍(74) 내에서 스파크 플러그(82) 집합을 이용하는 반면, 스파크 플러그 또는 다른 전자가 직류 블록킹 커패시터(114) 및 공명 공동축선(116)을 통해 펄스 RF 소스로부터 구동된다는 점에서 종래 실시예와 다르다. 바람직한 실시예에서, RF 신호는 10메가 헤르츠 내지 1000메가 헤르츠의 주파수에 있고 주 구동기(110)의 활동에 약 1 내지 10 마이크로 초 선행하여 활성화된다. 도5는 교류 필터 코일(120)을 통해 중심 전극(12)에 연결되는 선택적 직류 바이어스 소스(118)를 또한 도시한다. 소스(118)는 전압 소스(32)가 될 수 있고, 일반적으로 모양 내기 및 회로(86)와 같은 제어 회로를 통해 적용되고, 적용에 의존하는 개별 소스가 될 수 있다.Figure 5 shows another embodiment of the invention, in which a thruster, radiation source or plasma is used depending on factors such as electrode length and depending on whether a radiation emitting element / gas is introduced through the center electrode 12. It can be another function. The plasma gun is shown as driven by the main solid state driver 110 and, in a preferred embodiment, includes a DC / DC converter 34 and an NMC 36. However, while this embodiment uses a set of spark plugs 82 in the holes 74 for plasma initiation, the spark plugs or other electrons from the pulsed RF source through the DC blocking capacitor 114 and the resonance cavity axis 116. It is different from the conventional embodiment in that it is driven. In a preferred embodiment, the RF signal is at a frequency of 10 megahertz to 1000 megahertz and is activated about 1 to 10 microseconds prior to the activity of the main driver 110. 5 also shows an optional direct current bias source 118 connected to the center electrode 12 through an alternating filter coil 120. Source 118 may be voltage source 32 and may be a separate source, generally applied through a control circuit, such as shaping and circuit 86, and depending on the application.

도5에서 공동(16)의 반대측 상에 위치하는 오직 2개의 트리거 전극 또는 스파크 플러그(82, 91)가 도시되고, 플라즈마 건은 바람직하게 적어도 채널(16)의 반구 주위로 고르게 이격된 4개 그리고 6개 또는 8개(또는 그이상)를 가질 것이다. 4개의 전극을 가지고, 도시된 전자에 적용된 RF 신호는 제1 상에 있을 것이고, 도신된 그것들에 90°에서 전자에 적용된 RF 신호는 제1 상과 함께 상의 바깥 제2 상 90°에 있을 것이다. 6개의 트리거 전극을 구비하는 플라즈마 건에 대해서는, 각각 상이 챔버(16)의 반대측 상의 전자의 쌍에 적용되며 3개의 상 RF 신호가 사용될 것이다. 8개의 전극에서는 2개 상 신호가 바람직하게 이용될 것이고, 하나의 상이 모든 다른 전극 및 사이에서 하나에 대한 제2 상에 적용되며, 4개의 상 신호가 또한 사용될 수 있다. 플라즈마 개시에 직류 신호보다 RF를 사용하는 이유는 개시 전극에 적용된 RF가 챔버(16)에서 일정한 거의 완벽하게 일정한 부피 이온화 또는 개시를 야기하는 것이 알려졌기 때문이다. 소스(118)로부터 바이어스된 직류는 바람직하게 선 또는 선들(22) 상에 제어 신호에 응하여 소스(112)로부터 RF 신호와 동시에 적용되고, 또한 특히 중심 전극 근처에서 일정한 이온화에 기여하고 RF 신호(112)에 전력 요구를 감소시킨다. 직류 바이어스는 도시된 바와 같이, 중심 전극에 적용될 수 있거나 연속으로 전극(84)에 적용될 수 있거나 예를 들면, RF 신호가 직류 바이어스를 조절하도록 RF 신호와 평행일 수 있다. In FIG. 5 only two trigger electrodes or spark plugs 82, 91 are shown situated on the opposite side of the cavity 16, the plasma gun is preferably at least four evenly spaced around the hemisphere of the channel 16 and Will have six or eight (or more). With four electrodes, the RF signal applied to the illustrated electrons will be in the first phase and the RF signal applied to the electrons at 90 ° to those drawn will be at 90 ° to the outer second phase with the first phase. For a plasma gun with six trigger electrodes, each phase is applied to a pair of electrons on the opposite side of the chamber 16 and three phase RF signals will be used. Two phase signals would preferably be used in the eight electrodes, one phase being applied to all other electrodes and a second phase to one in between, and four phase signals could also be used. The reason for using RF rather than a direct current signal for plasma initiation is that the RF applied to the initiation electrode is known to cause a constant, almost completely constant volume ionization or initiation in the chamber 16. The direct current biased from the source 118 is preferably applied simultaneously with the RF signal from the source 112 in response to the control signal on the line or lines 22, and also contributes to a constant ionization, especially near the center electrode, and the RF signal 112. Reduces power requirements. The direct current bias can be applied to the center electrode, as shown, or applied to electrode 84 continuously, or can be parallel to the RF signal, for example, so that the RF signal adjusts the direct current bias.

도6은 예를 들면 서로 90°로 위치하는 2개의 전극/스파크 플러그(82, 82')에 RF 소스의 연결을 도시한다. 2개의 추가 전극/스파크 플러그가 플라즈마 건 내에 있고, 제2 전극(82)과 함께 도시된 전극(82)에 대해 180°에 위치하고 전극(82)에 대해 도시된 방법으로 연결되고 제2 전극(82')은 도시된 전극(82')으로부터 180°에 위치하고 이 전극과 동일한 방법으로 연결된다. 소스(112)는 쿼터 펄스안에 동축선(124, 124')을 통해 동축선(126, 126')의 짧아진 단부 근처점까지 연결되지만, 짧아진 단부로부터 L1, L2 만큼 각각 이격된다. 동축선(126')은 반 펄스 길이이고 짧아지지 않은 단부에서 전극(82')을 구비하는 반면에 동축선(126)은 쿼터 펄스 길이이고 짧아지지 않은 단부에서 전극(82)을 구비한다. 쿼터 펄스 길이 동축선(126) 및 반 펄스 길이 동축선(126')과 함께, 전극(82, 82')에서 RF 신호에 대한 소망된 상 차이가 달성된다. 동축선은 또한 큰 전압 단계-상승을 제공하고, 결합 위치/거리(L1, L2)가 옳게 선택될 경우, 소스를 파손이 달성될 때까지 맞추어진 하중으로 볼 것이다. 좋은 질의 동축선을 사용하면, 10 내지 20 대 1의 전압 단계-상승률이 쉽게 달성될 것이다. 일단 파손이 달성되면, 선은 위치 L1에서 짧은 회로로서 나타난다. L1에서 λ/4 만큼 떨어진 소스에 대한 입력 결합에서, 명백한 임피던스는 개방 회로처럼 보일 것이다. 또한, L2가 올게 선택되고 일단 파손이 개시되면 이 선은 맞추어진 하중처럼 나타날 것이다. 선(126, 126')을 가능하면 짧게 유지하는 것이 소망되는 반면, 소망된 상 및 임피던스 부합은 (2M-1)λ/4 및 Mλ/2의 각각 길이에 따라 선을 위해 일반적으로 달성될 수 있다. 그러므로, RF 소스는 항상 부합된 하중을 보고, 첫째로 스파크 플러그의 한쌍에서 전압 단계-상승을 발생시키고 그리고 나서 전압 단계-하강 그러나 전류는 단계-상승을 제공하고, 스파크 플러그(82')의 제2의 쌍에서 일단 플라즈마가 개시된다. 다음 표2는 도시하는 실시예를 위해 도6의 RF 소스를 위한 변수를 준다. Figure 6 shows the connection of an RF source to two electrode / spark plugs 82, 82 'positioned at 90 ° to each other, for example. Two additional electrodes / spark plugs are in the plasma gun, located 180 ° with respect to the electrode 82 shown with the second electrode 82 and connected in the manner shown for the electrode 82 and with the second electrode 82 ') Is located 180 ° from the illustrated electrode 82' and connected in the same way as this electrode. The source 112 is connected to a point near the shortened end of the coaxial lines 126 and 126 'via the coaxial lines 124 and 124' in the quarter pulse, but is spaced apart from the shortened end by L1 and L2, respectively. Coaxial line 126 ′ has an electrode 82 ′ at the half pulse length and not shortened end, while coaxial line 126 has a quarter pulse length and electrode 82 at the end not shortened. Together with the quarter pulse length coaxial line 126 and the half pulse length coaxial line 126 ', the desired phase difference for the RF signal at the electrodes 82, 82' is achieved. The coaxial line also provides a large voltage step-up, and if the coupling position / distance L1, L2 is chosen correctly, the source will be viewed as a fitted load until breakage is achieved. Using good quality coaxial lines, voltage step-up rates of 10 to 20 to 1 will be easily achieved. Once breakage is achieved, the line appears as a short circuit at position L1. At the input coupling to the source λ / 4 away from L1, the apparent impedance will look like an open circuit. Also, once L2 is selected and breakage begins, this line will appear as a fitted load. While it is desirable to keep the lines 126, 126 'as short as possible, the desired phase and impedance matching can generally be achieved for the line along the length of (2M-1) λ / 4 and Mλ / 2, respectively. have. Therefore, the RF source always sees the matched load, first generates a voltage step-up in a pair of spark plugs and then voltage step-down but the current provides step-up, and the spark plug 82 ' Once in the pair of two the plasma is initiated. Table 2 below gives the parameters for the RF source of Figure 6 for the illustrated embodiment.

각각 RF 소스로부터 단독으로 또는 RF 소스 및 직류 바이어스 소스(118) 양쪽 모두로부터의 RF 주파수 및 전압은 크기로부터 결정되고 최대 일정성을 주도록 압력을 작동한다. 일반적으로, RF 신호는 임계 주파수 위로 선택되어야 하고, 임계 주파수는 가스 내의 전자가 각각 하나의 반 싸이클 내에 전체 전자 갭(gap)을 가로질러 쓸려진 시간을 가지는 아래 주파수가 되고, 따라서 잃게 된다. 임계 주파수 위에서, 전자는 전자들 사이에서 전후로 진동하고 가스의 이온화를 촉진한다. 주어진 플라즈마 건 기하학을 위한 임계 주파수가 v_c= 충돌 주파수; f가 방사선의 주파수인 경우 ω= 2πf; q = 전자 충전량; E = 전기장; m = 전자 질량인 경우 아 래식에 의해 결정된다.The RF frequency and voltage, either alone from the RF source or from both the RF source and the direct current bias source 118, are determined from magnitude and actuate pressure to give maximum uniformity. In general, the RF signal should be selected above the threshold frequency, which is the lower frequency at which the electrons in the gas each have a time spent sweeping across the entire electron gap in one half cycle and are thus lost. Above the critical frequency, the electrons vibrate back and forth between the electrons and promote ionization of the gas. The critical frequency for a given plasma gun geometry is v _c = collision frequency; ω = 2πf when f is the frequency of radiation; q = electron charge; E = electric field; If m = electron mass, it is determined by

첫번째로 유동성을 계산. 그러므로, d= 전자간의 거리일 때 가스를 전달하는 시간은 다음 식에 의해 주어진다.First, calculate the liquidity. Therefore, the time for delivering gas when d = distance between electrons is given by the following equation.

쓰러스터 실시예에 대해, 전체 방사선 소스(90)가 진공 환경 근처에서 유지되는 것이 요구되고, EUV 영역에서 방사선이 쉽게 흡수되고 근처 진공 환경과 다른 곳에서 유용한 일을 하도록 사용될 수 없기 때문에 이것이 더 요구된다. 추진제 효율이 이 실시예에 대해 임계적이지 않기 때문에, 각 밸빙에 대한 단일 방사선 파열이 있고 또는 밸빙 지속 및 펄스/파열의 수는 소망된 지속을 위해 방사선을 제공하도록 선택될 수 있다.For the thruster embodiment, this is further required because the entire radiation source 90 is required to be maintained near the vacuum environment, and the radiation is easily absorbed in the EUV region and cannot be used to do useful work elsewhere in the near vacuum environment. do. Since propellant efficiency is not critical for this embodiment, there is a single radiation burst for each valving or the number of valving durations and pulses / ruptures can be selected to provide radiation for the desired duration.

마그네트론, 클리스트론 또는 RF 증폭기와 같은 표준 고 전압 RF 소스(112)는 종래 실시예에 대해 RF 소스로서 이용될 수 있고, 전에 지적했듯이, 그러한 표준 RF 소스는 구입하고 사용하기에 비싸고, 아주 크고 사용되는 시스템의 열 유지 부담에 더하는 상당한 열을 생성한다. 그러한 소스가 구입하기에 작동하기에 모두 상당히 덜 비싸고 상당히 적은 열을 발생시키는 작은 소스로 교체된다면 바람직할 것이다. 도7A는 이러한 요구를 만족하는 고체 상태 자극된 RF 발생기를 도시한다. 특히, 회로(130)는 표준 RF 전력 소스에 대한 그것의 약 1%인 비용으로 RF 소스를 생성하고 예를 들면 "6" 또는 "8"에 의해 더 큰 용기 보다 작은 회로 기판의 공간을 차지하는 것으로 알려졌다.A standard high voltage RF source 112, such as a magnetron, a clostron or an RF amplifier, can be used as an RF source for the prior embodiment, and as pointed out before, such a standard RF source is expensive to purchase and use, and is very large. Generates significant heat in addition to the heat retention burden of the system used. It would be desirable if such sources were all replaced with small sources that were significantly less expensive to operate and generated significantly less heat. 7A shows a solid state stimulated RF generator that meets this need. In particular, circuit 130 generates an RF source at a cost that is about 1% of that of a standard RF power source and takes up space on a smaller circuit board than a larger container, for example by "6" or "8". Became known.

도7A를 참고하면, 회로(130)는 예를 들면, 전에 논의된 전원(32)인 전원으로부터 표준식으로 충전되는 커패시터(132)를 포함한다. 고체 상태 스위치(134)는 닫힐 때, 예를 들면 SCR, IGBT 또는 MOSFET이거나 안내는 커패시터(132)를 다양한-상태 비선형 자기 펄스 압축 회로(136)의 입력에 방전하도록 허용하고, 회로는 전에 논의된 종류의 것이다. 회로(136)는 다양한 상태 및/또는 전달기 및 그러한 배치에 하나의 예가 도시된 분화된 출력부(138)에서 종결된다. 출력부(138)는 지면에 대해 공명 포화가능 분류기를 형성하고, 이 부분의 공명 회로는 커패시터(C_R) 및 포화가능 인덕터(L_R)를 포함한다. 커패시터(C_R)는 공명하며 비선형 자기 펄스 압축기(130)의 n번째 상태의 커패시터(C_N)로부터 충전된다. C_N의 충전 동안 C_R이 역진하도록 C_N은 C_R보다 커패시턴스에서 더 작게 선택된다. 또한, L_R은 C_N으로부터 C_R까지의 충전의 전달이 완료되기 전에 포화하도록 선택될 수 있다. 만족되는 이 상태의 하나 또는 양쪽 모두와 함께, 역전 전압이 L_R이 포화되고 C_R이 그 정점 충전에 다다르기 전에 C_N에 대해 발생된다. 이러한 상태 하에서, L_R의 연속적인 포화는 C_R이 도7C에 도시된 바와 같이 진동하도록 한다. 본 발명의 플라즈마 개시 적용에 대해, 소스의 오직 3개 또는 4개의 싸이클이 도7C에 도시된 바와 같이 요구되고, 회 로의 변수는 소망된 수의 사이클을 제공하도록 선택될 수 있다. 출력부(132)의 공명 주파수(F)는 C_R 및 L_R의 값에 의해 결정되고, 그 중에 하나는 회로의 튜닝을 허용하도록 조절될 수 있다. 출력 결합 회로(140)는 저항 요소(R₀) 및/또는 전기 용량 요소(C₀)를 구성하며 제공되고, 이들의 각각은 적합하게 연결된 요소의 수로 형성될 수 있다. 출력 결합 회로(140)는 커패시터(C_R)의 에너지 일부를 외부 터미널(142)에 결합하고, 결합 회로의 임피던스는 단지 각 싸이클에 대한 C_R에 저장된 에너지의 일부(예를 들면, 싸이클 당 20%)를 제거하도록 선택된다. 또한, 도7A에 도시된 회로는 특히 본 발명의 플라즈마 건에 사용을 위해 조절되는 반면, 도7A에 도시된 회로의 수행 특징을 구비하는 고체 상태 자극된 RF 발생기는 현재 존재하지 않고 그러한 회로는 따라서 또한 다른 적용에서 용도를 찾을 수 있다. 이 회로는 또한 따라서 본 발명의 일부이다.Referring to FIG. 7A, circuit 130 includes a capacitor 132 that is standardly charged from a power source, for example, the power source 32 discussed previously. The solid state switch 134 is closed, for example SCR, IGBT or MOSFET, or the guidance allows the capacitor 132 to discharge at the input of the various-state nonlinear magnetic pulse compression circuit 136, the circuit discussed previously. It's kind. Circuit 136 terminates at various states and / or transmitters and differentiated output 138, one example of which is shown in such an arrangement. The output 138 forms a resonant saturable classifier with respect to the ground, and the resonant circuit in this portion includes a capacitor C _R and a saturable inductor L _R. The capacitor C _R is resonant and charged from the capacitor C _{N in} the nth state of the nonlinear magnetic pulse compressor 130. During charging of C _N C _N C _R to the reverse it is chosen smaller than in the capacitance C _R. L _R may also be selected to saturate before the transfer of charge from C _N to C _R is complete. With one or both of these states satisfied, a reversal voltage is generated for C _N before L _R is saturated and C _R reaches its peak charge. Under this condition, continuous saturation of L _R causes C _R to oscillate as shown in FIG. 7C. For the plasma initiated application of the present invention, only three or four cycles of the source are required as shown in Figure 7C, and the parameters of the circuit can be selected to provide the desired number of cycles. The resonance frequency F of the output 132 is determined by the values of C _R and L _R , one of which may be adjusted to allow tuning of the circuit. The output coupling circuit 140 constitutes and is provided with a resistive element R ₀ and / or a capacitive element C ₀ , each of which may be formed by the number of suitably connected elements. The output coupling circuit 140 couples a portion of the energy of the capacitor C _R to the external terminal 142, and the impedance of the coupling circuit is only a portion of the energy stored in C _R for each cycle (eg, 20 per cycle). %) Is selected to remove. Further, while the circuit shown in Figure 7A is specifically tuned for use with the plasma gun of the present invention, a solid state stimulated RF generator with the performance characteristics of the circuit shown in Figure 7A does not currently exist and such a circuit thus It can also find use in other applications. This circuit is therefore also part of the invention.

플라즈마 건으로 RF 개시 신호를 전달하는데의 2가지 잠재적 문제점은 파열이 이 지역에서 일러나도록 칼럼(16)의 기부에서 상대적으로 큰 일정한 지역에 걸쳐 고전압 영역을 가진다는 것과 챔버(16) 내에 요구되는 진공에 대한 최소 방해와 함께 이 점에 대해 RF 영역을 얻는다는 것이다. 공간 적용에서 후자는 문제가 되지 않는 반면에, 이것은 방사선 소스로서 플라즈마 건의 더 일반적인 적용에서는 잠재적 문제이다. 도8B가 제2의 오직 목적을 달성하는 방식을 도시하는 반면, 도8A는 두 목적을 달성하는 하나의 방식을 도시한다. Two potential problems in delivering the RF initiation signal to the plasma gun are that it has a high voltage region over a relatively large constant area at the base of the column 16 so that the rupture emerges in this region and the vacuum required within the chamber 16. We get the RF range for this with minimal disturbance. The latter is not a problem in spatial applications, while this is a potential problem in more general applications of plasma guns as a radiation source. While FIG. 8B shows the way to achieve the second only purpose, FIG. 8A shows one way to achieve both purposes.

먼저 도8A를 참고하면, 세라믹 절연체(150)가 칼럼(16)의 기부에서 전극들(12, 14) 사이에서 제공된다. 다수의 전극(152)이 채널(16)의 외부에 있는 절연체 분리기(150)의 표면에 장착되고 세라믹 절연체에 의해 칼럼(16) 내부에 절연체의 면(154)으로부터 짧은 거리로 이격된다. 전극(152) 및 표면(154) 사이의 두께는 전형적으로 1/8인치 보다 작고 세라믹 절연체가 깨지거나 끊어지지 않는 것을 보장하는 동안 가능한 얇게 선택된다. RF 및 직류 신호가 전극(152)에 적용될 때, 소망된 플라즈마 파손를 개시하도록 표면(154)에서 나타나는 고전압 영역을 야기한다.Referring first to FIG. 8A, a ceramic insulator 150 is provided between the electrodes 12, 14 at the base of the column 16. A plurality of electrodes 152 are mounted to the surface of the insulator separator 150 outside of the channel 16 and spaced a short distance from the face 154 of the insulator inside the column 16 by ceramic insulators. The thickness between electrode 152 and surface 154 is typically less than 1/8 inch and selected as thin as possible while ensuring that the ceramic insulator does not break or break. When RF and direct current signals are applied to the electrode 152, they cause a high voltage region that appears at the surface 154 to initiate the desired plasma breakage.

도8B의 장치는 세라믹 절연체(150')가 중심 전극(12)의 바닥 부분에 대해 깃으로 형성되고 칼럼(16)으로 짧은 거리로 연장하는 점에서 도8A와 다르다. 전극(152)은 절연체의 외부 표면(154')에 장착되고 RF 및/또는 직류 신호가 전극에 적용될 때 고전압 영역이 표면(154')에 형성된다. 전체 플라즈마 건이 진공 환경에 있지 않은 경우 적용에 대해, 도8A의 배치는 진공 칼럼(16)으로 가져오도록 전기 도선이 필요하지 않고, 선(156)이 도8B의 실시예에 대한 칼럼으로 가져온다는 점에서 바람직하다.The apparatus of FIG. 8B differs from FIG. 8A in that the ceramic insulator 150 ′ is formed with a feather relative to the bottom portion of the center electrode 12 and extends a short distance into the column 16. The electrode 152 is mounted to the outer surface 154 'of the insulator and a high voltage region is formed on the surface 154' when RF and / or direct current signals are applied to the electrode. For applications where the entire plasma gun is not in a vacuum environment, the arrangement of FIG. 8A does not require electrical conductors to bring it into the vacuum column 16, and that line 156 is brought into the column for the embodiment of FIG. 8B. Preferred at

더 많은 일정한 파손이 개시 수 주전극(12, 14)에 개시 고전압 스파이크를 적용함으로써 플라즈마 건 내에서 달성될 수 있다는 것이 공지되어 있다. 도9A는 도9B에서 도시된 소망된 파형을 달성하는 회로를 도시한다. 특히, 이 파형은 유지 신호(162)에 의해 따르는 개시 스파이크(160)를 구비한다. 개시 스파이크는 유지 신호(162)의 전압의 10배이고 훨씬 더 짧은 지속이며 전극들(12, 14)에 공급된 에 너지의 1/10 만큼 작은 것을 전달한다.It is known that more constant breakage can be achieved in the plasma gun by applying an starting high voltage spike to the starting main electrodes 12, 14. Figure 9A shows a circuit that achieves the desired waveform shown in Figure 9B. In particular, this waveform has a start spike 160 followed by a hold signal 162. The initiation spike is 10 times the voltage of the sustain signal 162 and is much shorter in duration and delivers as little as 1/10 of the energy supplied to the electrodes 12, 14.

도9A를 참고하면, 회로는 제1 비선형 자기 압축 회로(164)를 구성하고, 오직 마지막 단계가 도9A에 도시되고, 제2 비선형 자기 압축 회로(166)는 오직 도면에 또한 도시된 마지막 단계를 도시한다. 회로(164)가 스파이크(160)의 단부에서 일어나는 훨씬 더 긴 지속의 더 낮은 전압 신호인 유지 신호(162)를 발생시키는 반면, 회로(166)는 고 전압 단지속 펄스인 스파이크(160)을 발생시킨다. 회로(164)의 마지막 단계를 위한 반응기(168)는 스파이커 회로(166)로부터 역방향으로 신호를 유동하는 것을 막지 않고 유지 회로(164)로부터 신호가 유동하는 것을 허용하도록 일 방향으로 포화되기 위해 바이어스 와인더(170)를 통해 적용된 바이어스 신호에 의해 보통 바이어스된다. 따라서, 이 신호는 회로(164)에 적용되지 않고 특히, 마지막 단계의 커패시터(172)에 적용되지 않음으로써 전압 스파이크로부터 회로를 보호하고 이 신호의 모두가 전극들(12, 14)에 적용되는 것을 보장한다. 스파이크(160)는 포화 가능 반응기(168)의 바이어스(bias)의 역으로 시작하고 그곳에 적용된 바이어스를 부분적으로 극복하고, 동시에 쇄도 파손이 전극에서 일어나도록 한다. 이것은 파손 전압을 초과하는 것에 대한 걱정없이 선택되도록 주 방전 체인에 대한 최적 전압 및 구동 임피던스 레벨을 허용한다. 포화 가능 반응기(168)의 역방향 바이어스는 반응기가 다시 포화할 때까지 회로(164)로부터 유지 신호에 대한 지연을 제공함으로써 두 신호 사이에 부드러운 변화를 제공한다.Referring to FIG. 9A, the circuit constitutes a first nonlinear magnetic compression circuit 164, with only the last step shown in FIG. 9A, and the second nonlinear magnetic compression circuit 166 only with the last step shown in the figure. Illustrated. While circuit 164 generates sustain signal 162, which is a much longer duration lower voltage signal that occurs at the end of spike 160, circuit 166 generates spike 160, which is a high voltage only pulse. Let's do it. The reactor 168 for the last stage of the circuit 164 is biased to saturate in one direction to allow the signal to flow from the holding circuit 164 without preventing the signal from flowing in the reverse direction from the spiker circuit 166. Normally biased by a bias signal applied through the further 170. Thus, this signal is not applied to the circuit 164 and, in particular, not to the last stage capacitor 172 to protect the circuit from voltage spikes and to ensure that all of this signal is applied to the electrodes 12, 14. To ensure. Spike 160 starts with the inverse of the bias of saturable reactor 168 and partially overcomes the bias applied thereon, while at the same time causing inrush breakdown to occur at the electrode. This allows for optimum voltage and drive impedance levels for the main discharge chain to be selected without worrying about exceeding the breakdown voltage. The reverse bias of saturable reactor 168 provides a smooth change between the two signals by providing a delay for the hold signal from circuit 164 until the reactor is again saturated.

도3에서의 예에 대해 도시된 종류의 플라즈마 소스의 하나의 문제점은 방사선의 소망된 주파수에 의존하는 100eV 내지 1000eV의 범위에 있는 소망된 핀치 온 도를 달성하기 위해, 마이크로 초 당 수 센티미터의 속도로 플라즈마를 구동하기에 충분한 텔사(Telsa) 단위에서 자기 압축이 요구된다. 이러한 고속은 중심 컨덕터 아래로 구동된 중심 컨덕터의 단부를 구동하는 플라즈마를 야기하고, 플라즈마 장벽은 중심 전극의 단부로부터 멀리 장소로 이동하기를 계속한다. 이것은 핀치에 대한 결국 전기적 연결을 잃는 플라즈마 장벽을 야기하고 따라서, 핀치를 끝내고 큰 전압 과도 현상을 일으킨다. 이 전압 과도 현상은 전극을 심하게 손상시킬 수 있는 고전압 재충격을 야기할 수 있다. 플라즈마와 함께 전기전 접촉의 손실은 또한 소스로부터 출력 효율에서 상당한 감소를 야기하고, 수 마이크로 초(예를 들면, 2 내지 4 마이크로 초)가 될 수 있는 전기적 방전의 상당히 더 긴 지속 보다는 오직 약 100 나노 초동안 핀치는 계속된다.One problem with the plasma source of the kind shown for the example in FIG. 3 is a speed of several centimeters per microsecond to achieve a desired pinch temperature in the range of 100 eV to 1000 eV depending on the desired frequency of radiation. Self compression is required in Telsa units sufficient to drive the furnace plasma. This high speed causes the plasma to drive the end of the center conductor driven below the center conductor, and the plasma barrier continues to move away from the end of the center electrode. This results in a plasma barrier that eventually loses the electrical connection to the pinch, thus ending the pinch and causing a large voltage transient. This voltage transient can cause a high voltage reshock that can severely damage the electrode. The loss of electrical contact with the plasma also causes a significant reduction in output efficiency from the source, and only about 100 rather than a significantly longer duration of electrical discharge, which can be a few microseconds (eg, 2-4 microseconds). The pinch continues for nanoseconds.

본 발명에 설명에 따라서, 플라즈마 분리의 이 문제점은 중심 전극을 향해 후방으로 플라즈마 장벽을 다시 향하게 하도록 중심 전극(12)의 출구 단부에 근접한 블래스트 장벽 또는 초점 맞추는 장치(194)에 의해 극복된다. 도10A 내지 도 10C는 초점 맞추는 공동(196A, 196B, 196C)의 모양에서 주로 서로 다른 차폐 또는 초점 맞추는 장치(194A, 194B, 194C)(이하, 집합적으로 차폐로 언급함)와 같은 3개의 가능한 실시예를 도시한다. 특히, 공동(196A)은 공동(196A)의 벽이 차폐와 중심 전극 사이에서 접촉이 있지 않도록 충분한 거리에 의해 중심 전극(12)의 단부로부터 이격되도록 일반적으로 구형 모양을 구비하고, 공동은 외부 전극(14) 또는 소스의 적합한 하우징 요소에 대한 요소를 적합하게 장착함으로써 장착되지만 플라즈마 분리 전에 일어나는 중심 전극에 대해 플라즈마를 후방으로 다시 향하도록 충분 히 가깝다. 이러한 목적들은 R이 중심 전극(12)의 반지름일 때 R에서 2R 범위에서 일반적으로 이격됨에 의해 달성된다. 그러나, 이러한 거리는 소스(10)의 다른 변수에 따라서 어느 정도까지 변할 수 있다. 공동(196B)은 부채꼴 모양을 구비하고 공동(196C)은 포물선 모양을 구비한다. 중심 전극(12)이 단부로부터 공동의 이격을 위해 전에 지적된 변수들은 모두 3개의 공동 모양에 적용된다.In accordance with the description herein, this problem of plasma separation is overcome by a blast barrier or focusing device 194 proximate the outlet end of the center electrode 12 to direct the plasma barrier back towards the center electrode. 10A to 10C show three possible configurations, such as shielding or focusing devices 194A, 194B, 194C (hereinafter collectively referred to collectively), which differ primarily in the shape of focusing cavities 196A, 196B, 196C. An example is shown. In particular, the cavity 196A has a generally spherical shape such that the wall of the cavity 196A is spaced apart from the end of the center electrode 12 by a sufficient distance such that there is no contact between the shield and the center electrode, the cavity having an external electrode. 14, or by appropriately mounting the element to a suitable housing element of the source, but close enough to direct the plasma back to the center electrode which occurs prior to plasma separation. These objects are achieved by being generally spaced in the R to 2R range when R is the radius of the center electrode 12. However, this distance may vary to some extent depending on other variables of the source 10. Cavity 196B has a fan shape and cavity 196C has a parabolic shape. The variables previously pointed out for the center electrode 12 to separate the cavity from the end apply to all three cavity shapes.

플라즈마 장벽의 분리를 막는 것과 차폐(194)와 함께 장벽을 포함하는 것이 바람직한 반면, 차폐(194)가 소스(10)로부터 소망된 방사선의 존재와 간섭하지 않는 것이 중요하다. 각각의 차폐(194)는 따라서 대응하고 중심 전극의 중심선과 동축의 중심을 구비한 공동의 상부에 형성된 중심 개구부(198A, 198B, 198C)를 구비한다. 개구부(198)는 바람직하게 원형이고, 방출된 방사선의 대강의 각도인 ±15°의 각도에서 중심 전극의 단부에서 핀치로부터 방출된 방사선이 방해되지 않는 개구부를 통해 통과하도록 충분한 직경을 가진다. 각 개구부(198)의 상부 부분은 플라즈마 장벽의 어떤 누출을 상당히 제한하는 동안 방사선의 존재를 촉진하도록 외부로 테이퍼된다.While it is desirable to prevent separation of the plasma barrier and to include a barrier with shield 194, it is important that shield 194 does not interfere with the presence of the desired radiation from source 10. Each shield 194 thus has center openings 198A, 198B, 198C correspondingly formed on top of the cavity having a center coaxial with the centerline of the center electrode. The opening 198 is preferably circular and has a sufficient diameter to allow radiation emitted from the pinch at the end of the center electrode to pass through the unobstructed opening at an angle of ± 15 °, the approximate angle of the emitted radiation. The upper portion of each opening 198 is tapered outward to promote the presence of radiation while significantly limiting any leakage of the plasma barrier.

차폐(194)의 재료는 약 1000°C 이상의 범위에서 온도를 버틸 수 있는 높은 온도의 비전도성 재료이어야 한다. 다양한 고온 세라믹은 도시한 실시예를 위해 이용되는 산화 알루미늄(Al₂O₃)과 함께 소망된 특징을 가진다. 다양한 유리, 수은 및 사파이어도 또한 차폐(194)를 위한 재료로서 제공하도록 소망된 특징을 가진다.The material of shield 194 should be a high temperature non-conductive material capable of withstanding temperatures in the range of about 1000 ° C. or greater. Various high temperature ceramics have the desired characteristics with aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ) used for the illustrated embodiment. Various glass, mercury, and sapphire also have the desired characteristics to serve as the material for the shield 194.

상기 논의 동안, 차폐(194)를 다시 향하게 하는 플라즈마는 방사선 소스의 특별한 특별한 배치와 함께 사용을 위해 도시되고, 이 차폐는 플라즈마 분리가 잠재적 문제일 경우 어떤 방사선 소스와 함께 사용을 위해 적합하고 본 발명은 그러므로 도3의 특정 방사선 소스 배치에 의해 제한되지 않는다. 유사하게, 음극에 대한 방사선을 다시 향하게 하는 3개의 공동 배치가 도10A 내지 도10C에 도시되고, 이 기능을 수행하는데 적합한 다른 공동 모양이 또한 이용될 수 있다. 기술된 특정 재료는 또한 오직 도시의 방식에 의한다.During the discussion above, the plasma directed back to the shield 194 is shown for use with a particular special arrangement of the radiation source, which shielding is suitable for use with any radiation source and where the plasma separation is a potential problem and the invention Is therefore not limited by the specific radiation source arrangement of FIG. Similarly, three cavity arrangements for directing radiation to the cathode are shown in FIGS. 10A-10C, and other cavity shapes suitable for performing this function may also be used. The particular materials described are also only by way of illustration.

또한, 변수가 EUV 대역 내의 다른 파장에서 방사선인 13nm에서 방사선을 생성하기 위해 상기에 논의된 반면, 이 대역 외부에 어떤 경우에서 방사선 소스(90)의 다양한 변수를 제어함에 의해, 특히 이용된 요소/가스의 신중한 선택, 고전압 소스로부터 최대 전류, 핀치의 지역에서 플라즈마 온도 및 어떤 경우에는 이용된 방사선 필터에 의해 얻어질 수 있다. In addition, while the variables are discussed above to generate radiation at 13 nm, which is radiation at other wavelengths within the EUV band, in particular in some cases outside this band, by controlling various variables of the radiation source 90, Careful selection of gases, maximum current from high voltage sources, plasma temperature in the region of the pinch and in some cases can be obtained by the radiation filter used.

많은 량의 가스가 상기에 언급된 플라즈마 건을 위한 플라즈마 가스로서 사용될 수 있는 반면, 아르곤 및 크세논과 같은 내부 가스가 종종 바람직하다. 사용될 수 있는 다른 가스는 질소, 히드라진, 헬륨, 수소 및 네온을 포함한다. 상기에 지적한 대로, 도3 실시예에 대한 것과 같이 플라즈마 건이 방사선 소스로 사용될 때, 다양한 요소/가스들이 선택된 EUV 또는 다른 파장을 달성하도록 이용될 수 있고, 플라즈마 및 방사선 가스는 어떤 경우엔 동일한 가스이다. 예를 들면, 121.5nm에서 VUV 대역에서 방사선을 효율적으로 얻기 위해 선택될 수 있다. 또한, 다양한 실시예가 상기에 논의된 반면, 이러한 실시예가 오직 예의 방식이고 본 발명에 제한되지 않음이 명백하다. 예를 들면, 도시된 구동기가 본 적용에 대해 이 로운 반면, 다른 높은 PRF 구동기가 적합한 전압 및 상승 시간을 구비하고 높은 전압 이동을 요구하지 않으며 또한 이용될 수 있다. 유사하게, 다양한 플라즈마 개시 메커니즘이 기술된 반면, 모의 고체 상태 RF 구동기 전극 트리거가 바람직하고, 플라즈마 파손을 개시하는 다른 방법이 적합한 적용에 또한 이용될 수 있다. 전극의 배치 및 플라즈마 건에 대한 주어진 적용은 또한 도시의 방식에 의한다. 따라서, 본 발명이 바람직한 실시예에 대해 상기에 특별히 도시되고 기술되는 동안, 전술하고 세부를 형성하는 다른 변화가 여전히 본 발명의 정신 및 범주 내에서 남아 있는 동안 이 기술 분야의 당업자에 의해 만들어질 수 있고 본 발명은 오직 다음 청구항에 의해 제한되는 것이다. Large amounts of gas can be used as the plasma gas for the above-mentioned plasma gun, while internal gases such as argon and xenon are often preferred. Other gases that may be used include nitrogen, hydrazine, helium, hydrogen, and neon. As noted above, when the plasma gun is used as a radiation source, as for the FIG. 3 embodiment, various elements / gases may be used to achieve the selected EUV or other wavelength, where the plasma and the radiation gas are in some cases the same gas. . For example, it may be selected to efficiently obtain radiation in the VUV band at 121.5 nm. In addition, while the various embodiments have been discussed above, it is apparent that such embodiments are by way of example only and not limitation of the invention. For example, while the illustrated driver is beneficial for this application, other high PRF drivers have suitable voltage and rise time and do not require high voltage shift and can also be used. Similarly, while various plasma initiation mechanisms have been described, simulated solid state RF driver electrode triggers are preferred, and other methods of initiating plasma breakdown can also be used in suitable applications. The placement of the electrodes and the given application to the plasma gun is also by way of illustration. Thus, while the invention has been particularly shown and described above with respect to the preferred embodiments, other changes that are made above and form detail can be made by those skilled in the art while still remaining within the spirit and scope of the invention. And the invention is limited only by the following claims.

Claims

고 PRF 플라즈마 건(10, 10', 90)에 있어서,For high PRF plasma guns 10, 10 ', 90,

중심 전극(12);Center electrode 12;

상기 중심 전극과 대체로 동축인 외부 전극(14)과 폐쇄된 기부 단부 및 개방 출구 단부를 구비한 상기 전극들 사이에서 형성된 동축 칼럼(16);A coaxial column (16) formed between the outer electrode (14) generally coaxial with the center electrode and the electrodes having a closed base end and an open outlet end;

선택된 가스를 상기 칼럼으로 도입하는 입구 메커니즘(70, 72, 74);Inlet mechanisms (70, 72, 74) for introducing a selected gas into the column;

상기 칼럼(16)의 기부 단부의 플라즈마 개시기(82);A plasma initiator (82) at the base end of the column (16);

상기 플라즈마 개시기(82)를 구동하도록 선택적으로 연결된 고체 상태 모의 RF 소스(130); 및A solid state simulated RF source (130) selectively connected to drive the plasma initiator (82); And

상기 전극을 가로질러 고전압 펄스를 전달하기 위해 상기 칼럼의 기부에서 플라즈마 개시 상에서 작동 가능한 고체 상태 고 반복율 펄스 구동기(32, 34, 36)를 포함하며 플라즈마가 칼럼의 기부 단부로부터 그 출구 단부를 벗어나 팽창하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.A solid state high repetition rate pulse driver 32, 34, 36 operable on the plasma initiation at the base of the column to deliver high voltage pulses across the electrode, wherein the plasma expands beyond its outlet end from the base end of the column. Plasma gun, characterized in that.

제1항에 있어서, 상기 RF 소스(112, 130)는 10 메가 헤르츠 내지 1000 메가 헤르츠 범위의 주파수에서 작동하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.The plasma gun of claim 1, wherein the RF source (112, 130) operates at a frequency in the range of 10 megahertz to 1000 megahertz.

제1항에 있어서, 상기 모의 RF 소스(130)는The method of claim 1, wherein the simulated RF source 130 is

N이 1이상의 정수일 경우, N 단계 비선형 자기 펄스 압축기(136);If N is an integer greater than or equal to 1, N stage nonlinear magnetic pulse compressor 136;

에너지 저장 장치(132)를 상기 압축기의 제1 단계의 입력에 연결하기 위해 선택적으로 작동가능한 고체 상태 스위치(134);A solid state switch 134 selectively operable to connect an energy storage device 132 to the input of the first stage of the compressor;

공명 회로가 커패시터(C_R) 및 포화가능 반응기(L_R)를 포함하고, 상기 압축기의 마지막 단계는 커패시턴스(C_N)를 구비하며, C_R이 완전히 충전되기 전에 C_N 상에 역 전압이 있도록 적어도 C_R및 L_R중의 하나가 선택되고, L_R을 주파수(F)에서 C_R의 진동을 일으키도록 연속적으로 포화하는, 모의 RF 주파수(F)에서 공명 회로를 구비하는 출력 단계(138); 및The resonant circuit capacitor (C _R) and including a possible saturation reactor (L _R), and the last stage of the compressor is provided with a capacitance (C _N), C _N C _R before the fully charged At least one of C _R and L _R is selected such that there is a reverse voltage on the phase, and having a resonance circuit at the simulated RF frequency F, which saturates L _R to cause a vibration of C _R at frequency F. Output step 138; And

상기 플라즈마 개시기를 구동하도록 C_R로부터 에너지를 결합하는 결합 회로(140)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.The plasma gun characterized in that it comprises a coupling circuit 140 for coupling energy from the C _R to drive the plasma initiator.

제3항에 있어서, 상기 고체 상태 스위치(134)는 SCR, IGBT 및 MOSFET 중에 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.4. The plasma gun of claim 3, wherein said solid state switch (134) is one of an SCR, an IGBT, and a MOSFET.

제3항에 있어서, C_R이 C_R > C_N이도록 선택되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.4. The plasma gun of claim 3, wherein C _R is selected such that C _R > C _N.

제3항에 있어서, C_N으로부터C_R까지 충전의 전달이 완료되기 전에 N_R이 포화 하도록 N_R이 선택되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.The method of claim 3, wherein from C _N A plasma gun wherein N _R is selected such that N _R is saturated before the transfer of charge to C _R is complete.

제3항에 있어서, 상기 출력 단계(138)가 지면에 대해 공명 포화 가능 분류기인 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.4. The plasma gun of claim 3, wherein said output stage (138) is a resonance saturable classifier with respect to the ground.

제3항에 있어서, C_R에 저장된 에너지의 오직 일부가 각각의 C_R의 진동 싸이클 동안 상기 플라즈마 개시기에 결합되도록 상기 결합 회로(140)가 임피던스를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.The method of claim 3, wherein the energy stored in C _R only plasma, characterized in that the coupling circuit 140 having the impedance thing such that a part is bound to the plasma initiator during the vibration cycle of each of the C _R.

제3항에 있어서, 상기 출력 단계(138)의 오직 3 내지 4개의 진동 싸이클이 있도록 L_R 및 C_R이 선택되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.4. The plasma gun of claim 3, wherein L _R and C _R are selected such that there are only three to four vibration cycles of the output step (138).

제1항에 있어서, 상기 플라즈마 개시기(82)는 절연체(24)에 부착되고 상기 칼럼(16) 주위로 대체로 일정하게 이격된 다수의 전극이며, 상기 전극은 상기 칼럼의 기부 단부에 있는 상기 절연체의 표면에서 고전압 영역을 생성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.2. The plasma initiator (82) of claim 1 wherein the plasma initiator (82) is a plurality of electrodes attached to the insulator (24) and generally spaced about the column (16) substantially constant, wherein the electrode is at the base end of the column. And a high voltage region at the surface of the plasma gun.

제10항에 있어서, 상기 절연체(24)가 그 기부 단부에서 상기 중심 전극을 둘러 싸고 상기 전극(82)이 상기 칼럼의 기부 단부 근처의 상기 절연체에 장착되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.11. The plasma gun of claim 10, wherein the insulator (24) surrounds the center electrode at its base end and the electrode (82) is mounted to the insulator near the base end of the column.

제10항에 있어서, 상기 절연체(24)는 상기 칼럼(16)의 기부를 형성하고, 상기 전극(82)은 상기 칼럼에 대향 측으로부터 상기 절연체 내에 장착되고 상기 절연체에 의해 상기 칼럼으로부터 짧은 거리로 이격되며, 상기 전극(82)의 활성화는 상기 칼럼의 상기 절연체의 일측에 고전압 영역을 생성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.11. The insulator 24 forms the base of the column 16, and the electrode 82 is mounted in the insulator from an opposite side to the column and shortened from the column by the insulator. Spaced apart, the activation of the electrode (82) creates a high voltage region on one side of the insulator of the column.

제1항에 있어서, 상기 중심 전극(12) 및 상기 외부 전극(14) 중에 적어도 하나는 소결된 분말 내열성 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.2. The plasma gun of claim 1, wherein at least one of the center electrode (12) and the external electrode (14) is formed of a sintered powder heat resistant metal.

제13항에 있어서, 상기 플라즈마 건은 선택된 파장에서 방사선 소스로서 작동하고 적어도 하나의 상기 전극이 선택된 파장에서 방사선을 발생하는데 적합한 유체 재료와 함께 포화되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.14. The plasma gun of claim 13, wherein the plasma gun operates as a radiation source at a selected wavelength and at least one of the electrodes is saturated with a fluid material suitable for generating radiation at the selected wavelength.

제14항에 있어서, 유체는 액체 리튬인 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.15. The plasma gun of claim 14, wherein the fluid is liquid lithium.

제14항에 있어서, 대체로 연속적인 기부 상에서 적어도 하나의 전극에 상기 유체 재료를 제공하는 메커니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.15. The plasma gun of claim 14, comprising a mechanism to provide said fluid material to at least one electrode on a generally continuous base.

제13항에 있어서, 상기 중심 전극 및 상기 외부 전극 모두가 상기 소결된 분말 내열성 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.14. The plasma gun of claim 13, wherein both the center electrode and the outer electrode are formed of the sintered powder heat resistant material.

제1항에 있어서, 상기 펄스 구동기(32, 34, 36)가 저 전압 및 더 긴 지속 유지 신호(162)를 가져오는 고전압 스파이크를 제공하며 대부분의 구동기 에너지는 상기 유지 신호에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.2. The pulse driver of claim 1, wherein the pulse drivers 32, 34, 36 provide a high voltage spike that results in a low voltage and a longer sustain signal 162 and most of the driver energy is provided by the hold signal. Plasma gun.

제18항에 있어서, 상기 펄스 구동기가 상기 고전압 스파이크(160)를 발생기키는 제1 비선형 자기 펄스 구동기(166) 및 상기 유지 신호(162)를 발생시키는 제2 비선형 자기 펄스 구동기(164)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.19. The method of claim 18, wherein the pulse driver comprises a first nonlinear magnetic pulse driver 166 generating the high voltage spike 160 and a second nonlinear magnetic pulse driver 164 generating the sustain signal 162. Plasma gun, characterized in that.

제19항에 있어서, 상기 제2 구동기는 적어도 두 단계를 포함하고, 상기 단계의 마지막의 포화 가능 반응기(168)는 스파이크가 상기 제1 구동기로부터 상기 제2 구동기로 들어가는 것을 막도록 보통 바이어스되고, 유지 신호를 통과시키도록 반응기가 다시 포화할 때까지 상기 제2 구동기로부터 개시 유동을 억제하도록 스파이크가 상기 반응기를 부분적으로 불포화시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.20. The method of claim 19, wherein the second driver comprises at least two stages, wherein the saturable reactor 168 at the end of the stage is usually biased to prevent spikes from entering the second driver from the first driver, And the spike partially desaturates the reactor to inhibit the starting flow from the second driver until the reactor is again saturated to pass a hold signal.

고 PRF 플라즈마 건(10, 90)에 있어서,In the high PRF plasma gun 10, 90,

중심 전극(12);Center electrode 12;

상기 중심 전극과 대체로 동축인 외부 전극(14)과 폐쇄된 기부 단부 및 개방 출구 단부를 구비하고 상기 전극들 사이에서 형성된 동축 칼럼(16);A coaxial column (16) having a closed base end and an open outlet end and an outer electrode (14) generally coaxial with said center electrode and formed between said electrodes;

절연체(24)에 부착되고 상기 칼럼(16) 주위로 대체로 일정하게 이격되는 다수의 전극을 포함하며, 상기 전극(82)은 구동될 때 상기 칼럼(16)의 기부 단부에 있는 상기 절연체의 표면에서 고전압 영역을 생성하는, 상기 칼럼의 기부 단부에 있는 플라즈마 개시기(82);A plurality of electrodes attached to the insulator 24 and spaced substantially uniformly around the column 16, the electrode 82 being driven at the surface of the insulator at the base end of the column 16 when driven; A plasma initiator (82) at the base end of the column, creating a high voltage region;

상기 전극을 가로질러 고전압 펄스를 전달하는 상기 칼럼의 기부에서 플라즈마 개시 상에서 작동가능한 고체 상태 고 반복율 펄스 구동기(112, 130)를 포함하며, 플라즈마가 칼럼의 기부 단부로부터 출구 단부에서 벗어나 팽창하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.A solid state high repetition rate pulse driver 112, 130 operable on plasma initiation at the base of the column delivering a high voltage pulse across the electrode, wherein the plasma expands off the outlet end from the base end of the column. Plasma gun.

제21항에 있어서, 상기 절연체(24)는 그 기부 단부에서 중심 전극(12)을 둘러 싸고, 상기 전극(82)이 상기 칼럼의 기부 근처의 상기 절연체에 장착되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.22. The plasma gun of claim 21, wherein the insulator (24) surrounds a central electrode (12) at its base end and the electrode (82) is mounted to the insulator near the base of the column.

제21항에 있어서, 상기 절연체(24)는 상기 칼럼(16)의 기부를 형성하고, 상기 전극(82)은 상기 칼럼 대향 측으로부터 상기 절연체(24) 내에 장착되고 상기 절연체에 의해 상기 칼럼으로부터 짧은 거리로 이격되며, 상기 전극(82)의 활성화는 상기 칼럼의 상기 절연체의 일측에 고전압 영역을 생성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.22. The insulator 24 forms the base of the column 16, and the electrode 82 is mounted in the insulator 24 from the column opposite side and short from the column by the insulator. Spaced apart, the activation of the electrode (82) creates a high voltage region on one side of the insulator of the column.

모의 RF 소스(130)에 있어서, In the simulated RF source 130,

N은 1이상의 정수이며 N 단계 비선형 자기 펄스 압축기(136);N is an integer greater than or equal to 1 and an N stage nonlinear magnetic pulse compressor 136;

에너지 저장 장치(132)를 상기 압축기(136)의 제1 단계의 입력에 연결하기 위해 선택적으로 작동가능한 고체 상태 스위치(134);A solid state switch 134 selectively operable to connect an energy storage device 132 to the input of the first stage of the compressor 136;

공명 회로가 커패시터(C_R) 및 포화 가능 반응기(L_R)를 포함하고, 상기 압축기의 마지막 단계는 커패시턴스(C_N)를 구비하며, C_R이 완전히 충전되기 전에 C_N 상에 역 전압이 있도록 적어도 C_R및 L_R중의 하나가 선택되고, L_R은 주파수(F)에서 C_R의 진동을 일으키도록 연속적으로 포화하는, 모의 RF 주파수(F)에서 공명 회로를 구비하는 출력 단계(138); 및The resonant circuit capacitor (C _R) and including a possible saturation reactor (L _R), and the last stage of the compressor is provided with a capacitance (C _N), C _N C _R before the fully charged The one of the at least C _R and L _R are selected such that the reverse voltage to, L _R is provided with a resonant circuit at the frequency (F), the simulated RF frequency (F) to be saturated in a row to cause the vibration of the C _R in Output step 138; And

C_R로부터 에너지를 결합하는 결합 회로(140)을 포함하는 것을 특징으로 하는 모의 RF 소스.Simulated RF source comprises a coupling circuit 140 for coupling energy from the C _R.

중심 전극(12);Center electrode 12;

상기 중심 전극 및 외부 전극 중에 적어도 하나는 소결된 분말 내열성 금속이며, 상기 중심 전극과 대체로 동축인 외부 전극(14)과 폐쇄된 기부 단부 및 개방 출구 단부를 구비하고 상기 전극들 사이에서 형성된 동축 칼럼(16);At least one of the center electrode and the outer electrode is a sintered powder heat-resistant metal and has a coaxial column formed between the electrodes and having a closed base end and an open outlet end, the outer electrode 14 being generally coaxial with the center electrode. 16);

상기 칼럼(16)의 기부 단부의 선택적으로 구동된 플라즈마 개시기(82); 및A selectively driven plasma initiator (82) at the base end of the column (16); And

상기 전극을 가로질러 고전압 펄스를 전달하는 상기 칼럼의 기부에서 플라즈마 개시 상에서 작동가능한 고체 상태 고 반복율 펄스된 구동기(32, 34, 36)를 포함하며, 플라즈마가 칼럼의 기부 단부로부터 그 출구 단부에서 벗어나 팽창하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.A solid state high repetition rate pulsed driver 32, 34, 36 operable on plasma initiation at the base of the column delivering a high voltage pulse across the electrode, wherein the plasma escapes from its outlet end from the base end of the column. Plasma gun, characterized in that the expansion.

제25항에 있어서, 상기 플라즈마 건은 선택된 파장에서 방사선 소스로서 작동하고, 상기 적어도 하나의 전극이 선택된 파장에서 방사선을 발생하는데 적합한 유체 재료와 함께 포화되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.27. The plasma gun of claim 25, wherein the plasma gun operates as a radiation source at a selected wavelength and the at least one electrode is saturated with a fluid material suitable for generating radiation at the selected wavelength.

제26항에 있어서, 유체는 액체 리튬인 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.27. The plasma gun of claim 26, wherein the fluid is liquid lithium.

제26항에 있어서, 대체로 연속적인 기부 상에서 적어도 하나의 전극에 상기 유체 재료를 제공하는 메커니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.27. The plasma gun of claim 26, comprising a mechanism for providing said fluid material to at least one electrode on a generally continuous base.

제25항에 있어서, 상기 중심 전극(12) 및 상기 외부 전극(14) 모두가 상기 소결된 분말 내열성 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.26. The plasma gun of claim 25, wherein both the center electrode (12) and the outer electrode (14) are formed from the sintered powder heat resistant material.

중심 전극(12);Center electrode 12;

상기 중심 전극과 대체로 동축인 외부 전극(14)과 폐쇄된 기부 단부 및 개방 출구 단부를 구비하며 상기 전극들 사이에서 형성된 동축 칼럼(16);A coaxial column (16) formed between the electrodes, the outer electrode (14) being generally coaxial with the center electrode and having a closed base end and an open outlet end;

상기 칼럼의 기부 단부에서 선택적으로 구동된 플라즈마 개시기(82); 및A plasma initiator (82) selectively driven at the proximal end of the column; And

상기 전극을 가로질러 고 전압 펄스를 전달하는 상기 칼럼의 기부에서 플라즈마 개시 상에서 작동 가능한 고체 상태 고 반복율 펄스 구동기(32, 34, 36)를 포함하며 상기 펄스 구동기는 저 전압, 더 긴 지속 유지 신호(162)를 가져오는 고전압 스파이크(16)를 제공하고 대부분의 구동기 에너지는 상기 유지 신호에 의해 제공되고 플라즈마가 기부 단부로부터 그 출구 단부에서 벗어나 팽창하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.A solid state high repetition rate pulse driver 32, 34, 36 operable on plasma initiation at the base of the column delivering a high voltage pulse across the electrode, the pulse driver comprising a low voltage, longer sustain signal ( 162) a plasma gun, wherein a high voltage spike (16) is provided and most of the driver energy is provided by said holding signal and the plasma expands away from its outlet end from its base end.

제30항에 있어서, 상기 펄스 구동기가 상기 고전압 스파이크를 발생기키는 제1 비선형 자기 펄스 구동기(166) 및 상기 유지 신호를 발생시키는 제2 비선형 자기 펄스 구동기(164)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.31. The plasma of claim 30 wherein the pulse driver comprises a first non-linear magnetic pulse driver 166 generating the high voltage spike and a second non-linear magnetic pulse driver 164 generating the sustain signal. key.

제31항에 있어서, 상기 제2 구동기는 적어도 두 단계를 포함하고, 상기 단계의 마지막의 포화 가능 반응기(168)는 스파이크가 상기 제1 구동기로부터 상기 제2 구동기로 들어가는 것을 막도록 보통 바이어스되고, 유지 신호를 통과시키도록 반응기가 다시 포화할 때까지 상기 제2 구동기로부터 개시 유동을 억제하도록 스파이 크가 상기 반응기를 부분적으로 불포화시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.32. The method of claim 31, wherein the second driver comprises at least two stages, and the last saturable reactor 168 of the stage is usually biased to prevent spikes from entering the second driver and And the spike partially desaturates the reactor to inhibit the starting flow from the second driver until the reactor is again saturated to pass a hold signal.

선택된 파장에서 고 PRF 방사선 소스(90)에 있어서,For a high PRF radiation source 90 at a selected wavelength,

중심 전극(12);Center electrode 12;

상기 칼럼의 기부 단부에서의 플라즈마 개시기(82);A plasma initiator (82) at the base end of the column;

상기 전극을 가로질러 고전압 펄스를 전달하는 상기 칼럼의 기부에서 칼럼의 기부 단부로부터 그 출구 단부에서 벗어나 팽창하는 플라즈마 개시 상에서 작동가능한 고체 상태 고 반복율 펄스된 구동기(32, 34, 36); A solid state high repetition rate pulsed driver operable on a plasma initiation that expands out of its outlet end from the base end of the column at the base of the column delivering a high voltage pulse across the electrode (32, 34, 36);

상기 입구 메커니즘은 상기 칼럼 내에 대체로 일정한 가스 충진을 제공하고, 플라즈마가 칼럼을 나갈 때 자기적으로 핀치된 플라즈마가 초기에 중심 전극을 구동하도록 되고, 상기 선택된 파장에서 방사선을 생성하도록 상기 중심 전극의 상기 단부에서 이온화가능한 요소를 나타나내도록 충분한 상기 중심 전극 단부에서 온도를 높이며 플라즈마가 칼럼을 나감에 따라 각각의 펄스에 대한 전류가 대체로 그 최대값에 있도록 하는 펄스 전압 및 전극 길이; 및The inlet mechanism provides a substantially constant gas filling in the column, and when the plasma exits the column, the magnetically pinched plasma initially drives the center electrode and generates the radiation at the selected wavelength. A pulse voltage and electrode length that increases the temperature at the center electrode end sufficient to reveal an ionizable element at the end and causes the current for each pulse to be approximately at its maximum as the plasma exits the column; And

상기 방사선의 통로에 대체로 영향을 주지 않으며 중심 전극을 대해 상기 중심 전극(12)을 후방으로 구동하는 플라즈마를 다시 향하게 하는 성분(94)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 소스.And a component (94) which redirects the plasma driving the center electrode (12) back relative to the center electrode without substantially affecting the passage of radiation.

제33항에 있어서, 다시 향하게 하는 상기 성분(94)이 고온이고 상기 중심 전극(12)의 상기 출구 단부로부터 선택된 거리에 위치된 비 전도성 재료이고 상기 중심 전극에 대해 후방으로 충돌하는 플라즈마를 반사하도록 만들어지며 비전도성 재료의 상기 방사선을 통과하도록 허용하기 위해 위치된 개구부(98)를 구비하는 차폐인 것을 특징으로 하는 방사선 소스.34. The method of claim 33, wherein the component 94 that is directed back is a non-conductive material that is hot and located at a selected distance from the outlet end of the center electrode 12 and reflects a plasma impinging back toward the center electrode. And a shield having an opening (98) made and positioned to allow passage of said radiation of non-conductive material.

제34항에 있어서, R이 중심 전극의 반경일 경우, 상기 차폐가 상기 중심 전극으로부터 이격된 상기 선택된 거리는 약 2R 이하인 것을 특징으로 하는 방사선 소스. 35. The radiation source of claim 34, wherein when R is the radius of the center electrode, the selected distance from which the shield is spaced from the center electrode is about 2 R or less.

제35항에 있어서, 상기 선택된 거리는 약 R 이상인 것을 특징으로 하는 방사선 소스.36. The radiation source of claim 35, wherein said selected distance is at least about R.

제34항에 있어서, 상기 차폐(94A)는 일반적으로 구형 모양인 것을 특징으로 하는 방사선 소스.35. The radiation source of claim 34, wherein said shield (94A) is generally spherical in shape.

제34항에 있어서, 상기 차폐(94B)는 일반적으로 부채꼴 모양인 것을 특징으로 하는 방사선 소스. 35. The radiation source of claim 34, wherein the shield (94B) is generally fan-shaped.

제34항에 있어서, 상기 차폐(94C)는 일반적으로 포물선 모양인 것을 특징으로 하는 방사선 소스.35. The radiation source of claim 34, wherein said shield (94C) is generally parabolic.

제34항에 있어서, 상기 개구부(98)는 대체로 상기 차폐(94)의 중심에 위치된 대체로 원형 개구부인 것을 특징으로 하는 방사선 소스.35. The radiation source of claim 34, wherein the opening (98) is a generally circular opening located generally at the center of the shield (94).

제40항에 있어서, 상기 개구부(98)는 개구부를 통과하는 중심 전극의 축으로부터 약 ±15°의 각도에서 상기 중심 전극(12)을 나가는 방사선이 개구부를 통과하도록 크기가 정해지고 위치가 정해지는 것을 특징으로 하는 방사선 소스.41. The apparatus of claim 40, wherein the opening 98 is sized and positioned such that radiation exiting the center electrode 12 passes through the opening at an angle of about 15 degrees from the axis of the center electrode passing through the opening. Radiation source.

제33항에 있어서, 상기 재료는 고온 세라믹, 유리, 석영 및 사파이어 중에 하나인 것을 특징으로 하는 방사선 소스.34. The radiation source of claim 33, wherein the material is one of high temperature ceramic, glass, quartz and sapphire.

제42항에 있어서, 상기 재료가 Al₂O₃인 것을 특징으로 하는 방사선 소스.43. The radiation source of claim 42, wherein the material is Al ₂ O ₃ .

제33항에 있어서, 상기 플라즈마 개시기(82)를 구동하도록 선택적으로 연결된 고체 상태 모의 RF 소스(130)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 소스.34. The radiation source of claim 33, comprising a solid state simulated RF source (130) selectively connected to drive the plasma initiator (82).