›› 2012, Vol. 32 ›› Issue (3): 72-77.doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2012.03.011

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等离子体密度对栅极系统束流影响分析

 贾艳辉1, 李忠明2, 张天平1, 李娟2   

  1. (1兰州空间技术物理研究所真空低温技术与物理重点试验室,兰州730000)
    (2义乌工商学院机电信息分院,义乌322000)
  • 收稿日期:2011-10-10 修回日期:2012-06-25 出版日期:2012-06-25 发布日期:2012-06-25
  • 作者简介:贾艳辉 1983年生,2009年获兰州大学粒子与原子核物理专业硕士学位,现为兰州空间技术物理研究所物理电子学专业博士研究生。研究方向为放电等离子电推力器技术与工程。
  • 基金资助:

    真空低温技术与物理重点试验室基金(9140C550211120C5501,9140C5504050902)

Effect Analysis of Plasma Density on Ion Beam Extracted by Grid System

 JIA  Yan-Hui1, LI  Zhong-Ming2, ZHANG  Tian-Ping1, LI  Juan2   

  1. (1 Science and Technology on Vacuum & Cryogenic Technology and Physics Laboratory, Lanzhou Institute of Physics, Lanzhou 730000)
    (2 Yiwu Industrial & Commercial College,Yiwu 322000)
  • Received:2011-10-10 Revised:2012-06-25 Online:2012-06-25 Published:2012-06-25

摘要: 针对现有离子推力器栅极系统束流引出分析中未考虑放电室等离子体密度均匀性影响的不足,基于数值方法对该问题进行了研究。采用单元内粒子 (Particle In Cell,PIC) 方法对栅极系统束流引出进行了数值模拟。PIC方法中电场求解采用有限差分方法,离子加速方法采用跳蛙格式。以国产20cm Xe离子推力器作为算例,计算得到了栅极中心和边缘孔引出束流离子和电场的分布。结果显示栅极中心孔相对边缘孔束流聚焦性好,束流发散角小,但中心孔轴线的鞍点电势较边缘孔高24.8V。因此,放电室等离子体密度分布对束流引出具有重要影响,电子返流现象最先出现在栅极中心位置。

关键词: 单元内粒子方法, 离子推力器, 栅极系统, 等离子体, 航天器

Abstract: Presentanalysesontheionbeamofthegridsystemdonottakeaccounttheplasmadensityindischargerchamber.Ionbeamextractionwassimulatedbytheparticleincell(PIC)method.Theelectricfieldwascalculatedbythefinitedifferentialmethod(FDM),andtheionparticleswereacceleratedbytheleapfrogmethod.WithChinese20-centimeterXeionthruster,theelectricpotentialandionbeamdistributionsinthecenterandbrimapertureofgridsystemwereobtained.Theresultsshowthattheionbeamextractedbythecenteraperturehasbetterfocuspropertyandsmallerdivergenceanglethanthatofthebrimionbeam.However,thesaddlepointpotentialofthecenterapertureis24.8V,higherthanthatofthebrim.Hence,theplasmadensityindischargerchamberhasanimportanteffectontheionbeamextraction,andelectronbackstreamingphenomenatakeplaceonthecenterpositionofgridsystemfirstly.