Indice
1. Introduzione .
...1
1.1 Obbiettivi
...1
1.2 Classificazione propulsori elettrici
...3
1.2.1 Propulsori elettro-termici...
3
1.2.2 Propulsori elettrostatici...
5
1.2.3 Propulsori elettrodinamici...
8
1.3
Impostazione della Tesi
...11
2. Richiami di fisica dei plasmi
…...13
2.1 Il concetto di Plasma
...13
2.1.1 Nozioni fondamentali …...
13
2.1.2 Interazione plasma parete...
15
2.2 Dinamica delle particelle singole
…...17
2.2.1 Legge del moto...
17
2.2.2 Effetto campo elettrico uniforme sul moto della particella...
17
2.2.3 Effetto campo magnetico uniforme sul moto della particella...
18
2.2.4 Effetti combinati campo magnetico e campo elettrico uniformi sul moto della particella...
20
2.2.5 Parametro di Hall...
23
2.3 Equazioni di governo del plasma
…...23
2.3.1 Equazione di Boltzmann e momenti di velocità...
23
2.3.2 Equazioni di continuità...
25
2.3.3 Equazioni di momento...
26
2.3.4 Equazioni dell'energia...
29
3. I propulsori ad effetto Hall
…...30
3.1
Propulsori ad effetto Hall
...30
3.1.1 Introduzione ai motori ad effetto Hall...
30
3.1.2 Applicazione...
31
i
Indice
3.2 Descrizione del funzionamento di un motore ad effetto Hall
...32
3.2.1 Geometria del motore...
32
3.2.2 Processi fisici alla base del funzionamento del motore...
33
3.3 Considerazioni sul campo magnetico
…...36
3.4 Proprietà del plasma in un motore ad effetto Hall
…...39
3.4.1 Ionizzazione...
39
3.4.2 Diffusione...
42
3.4.3 Guaina ed emissione secondaria...
49
4. Il problema dell'erosione nei motori ad effetto Hall
…...59
4.1 Introduzione al fenomeno dell'erosione
…...59
4.2 Sputtering
…...60
4.2.1 Introduzione al fenomeno dello sputtering...
60
4.2.2 sputtering yield...
61
4.3 Dati sperimentali
…...63
4.4 Modelli proposti in precedenti analisi per studiare il problema
…...65
4.4.1 Introduzione...
65
4.4.2 Modelli utilizzati per la descrizione del plasma...
65
4.4.3 La guaina...
67
4.4.4 Emissione secondaria...
69
4.4.5 Modelli di erosione...
71
4.5 Come il fenomeno viene affrontato all'interno del presente lavoro di tesi
…...78
4.5.1 Introduzione...
78
4.5.2 Modello utilizzato per la descrizione del plasma...
78
4.5.3 La guaina...
79
4.5.4 Modello sputtering yield...
79
5. Impostazione del modello
…...80
5.1 Introduzione
…...80
ii
Indice
5.2 Metodo di Montecarlo
…...80
5.2.1 Storia...
80
5.2.2 Caratteristiche...
81
5.2.3 Discretizzazione...
81
5.3 Caratteristiche propulsore
…...82
5.4 Ipotesi semplificative
…...83
5.5 Modifiche introdotte al modello scattering collision
…...86
5.5.1 Descrizione del modello originale...
87
5.5.2 Modifiche appostate al modello...
89
5.6 Analisi del profilo assiale del campo magnetico
…...91
6. Modellazione processi fisici all'interno del canale
…...93
6.1 Scrittura equazioni unidimensionali
…...93
6.1.1 Introduzione...
93
6.1.2 Equazioni bilancio di massa...
93
6.1.3 Andamento del Potenziale elettrico, Temperatura elettronica e campo elettrico...
94
6.1.4 Equazioni della velocità...
96
6.1.4 Condizioni al contorno...
99
6.2 Ionizzazione
…...100
6.2.1 Fattore rateo di ionizzazione...
100
6.2.2 Sezione d'urto di ionizzazione elettroni-neutri...
100
6.2.3 Influenza della ionizzazione sulla concentrazione delle specie...
102
6.3 Modellazione della collisione tra ione e neutro
...104
6.3.1 Introduzione...
104
6.3.2 Sezione d'urto di collisione tra neutri e ioni...
104
6.3.3 Probabilità di collisione...
107
6.3.4 Influenza dell'impatto sul moto dello ione...
109
6.4 La guaina
…...110
iii
Indice
6.5 Dinamica della particella ione dopo l'urto con il neutro
...113
6.6 Condizioni di urto tra lo ione e la parte
…...115
6.6.1 Angolo di impatto alla parete...
115
6.6.2 Energia d'impatto alla parete...
116
6.7 Dipendenza dello Sputtering Yield dalle condizioni di impatto
…...116
6.8 Modellazione del processo di erosione
...117
6.8.1 Volume di materiale eroso...
117
6.8.2 Come il raggio esterno ed il raggio interno si modificano nel tempo...
118
6.8.3 Rateo di erosione...
118
7. Risultati
…...119
7.1 Andamento profilo raggio esterno ed interno lungo il canale di accelerazione
…...119
7.2 Variazione nel tempo del raggio esterno ed interno in prossimità della bocca del canale
…...121
7.3 Andamento Rateo di ionizzazione
…...122
7.4 Influenza sul processo di erosione del potenziale elettrico
...123
7.5 Influenza della temperatura elettronica sul processo di erosione
...127
8. Discussione risultati
…...131
8.1 Comparazione con dati sperimentali
…...131
8.2 Comparazione con precedenti modelli
…...133
9. Conclusioni
…...139
Bibliografia
iv
