Влияние высокочастотных волн в плазме холловского двигателя на динамику электронной компоненты

• Автор: Томилин, Дмитрий Андреевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Долгопрудный
• Количество страниц: 126 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список сокращений

Список обозначений

Введение

Г ЛАВА 1. Обзор типов колебаний и волн в плазме холловского двигателя

1.1 Низкочастотные колебания и волны в плазме в диапазоне частот

100 кГц

1.2 Колебания и волны среднего диапазона частот 100-1000 кГц

1.3 Высокочастотные колебания и волны (1-100 МГц)

1.4 Основные результаты анализа литературы

ГЛАВА 2. Градиентная неустойчивость в плазме холловского двигателя
2.1 Физическое описание и постановка задачи
2.2 Вывод дисперсионного соотношения
2.3 Анализ дисперсионного соотношения
2.4 Энергетический вывод для потока
2.5 Основные результаты линейного анализа дисперсии
ГЛАВА 3. Взаимодействие электронов и волн в плазме ХД в дрейфовом приближении
3.1 Краткий обзор работ по изучению процессов переноса электронов в
плазме ХД
3.2 Вывод кинетического уравнения для электронов в дрейфовом
приближении
3.3 Вывод выражения для резонансного потока электронов
3.4 Уравнение диффузии
3.5 Приближение широкого спектра
3.6 Кинетическая неустойчивость
3.7 Квазисамосогласованное решение
3.8 Основные результаты анализа кинетического уравнения
ГЛАВА 4. Численное моделирование динамики плазмы в скрещенных магнитном и электрическом поле методом частиц в ячейках
4.1 Метод моделирования частиц в ячейках

4.2 Моделируемая область
4.3 Математическая постановка задачи
4.4 Описание программного пакета
4.5 Тестирование расчетных алгоритмов
4.6 Результаты численных расчетов
4.7 Основные результаты численного моделирования
ГЛАВА 5. Экспериментальная часть
5.1 Экспериментальная установка и оборудование
5.2 Обсуждение экспериментальных результатов
5.3 Основные результаты зондовых измерений
Заключение
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Приложение С
Список использованных источников
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ЭРД - электрореактивный двигатель;
ХД - холловский двигатель;
КА - космический аппарат;
РК - разрядная камера;
НЧ - низкие частоты (1-100 кГц);
СЧ - средние частоты (100-1000 кГц);
ВЧ - высокие частоты (1-100 МГц);
ФРЭ - функция распределения электронов.

Как было отмечено выше, в плазме холловских двигателей наблюдаются высокочастотные азимутальные волны, распространяющиеся со скоростью порядка дрейфовой скорости электронов. Также, из анализа экспериментальных работ известно, что развиваются волны с волновыми числами из первого набора, то есть волны с длиной, кратной полной длине канала, половине длины, трети и т.д. Кроме того, из таблицы 2.1 видно, что самым крупным пространственным масштабом является радиус Лармора ионов, он существенно превышает размеры всей плазменной системы, а поэтому влиянием магнитного поля на движение ионов можно пренебречь. При этом, плазменная частота ионов, как минимум, сравнима с частотой рассматриваемых возмущений, а это значит, что движение ионов в процессе распространения волн необходимо учитывать. Самым мелким временным и пространственным масштабом являются электронная плазменная частота и радиус экранировки Дебая, соответственно, в описании процесса распространения волны можно пользоваться плазменным приближением. Радиус Лармора электронов существенно меньше характерных масштабов неоднородностей в плазме и размеров волны, а частота циклотронного вращения существенно больше локальной частоты возмущений, соответственно целесообразно пользоваться приближением ведущих центров. Таким образом, можно заключить, что в процессе распространения высокочастотных длинноволновых азимутальных возмущений под воздействием поля волны электроны совершают дрейфовые движения, возмущения скоростей ионов происходит вдоль электрического поля волны, квазинейтральность в целом сохраняется.
Исходя из физической постановки задачи определим основные допущения:
• Частота флуктуаций много меньше ларморовской частоты СО « СОс, в этом случае движение электронов в плоскости перпендикулярной внешнему магнитному полю представляет собой в основном дрейф в скрещенных полях.
• Рассматривается 2-мерная задача, то есть считается, что все изменения вдоль магнитного поля происходят за времена, существенно меньшие