Hall推力器内饱和鞘层下电子与壁面碰撞频率特性

张凤奎; 丁永杰

doi:10.7498/aps.60.065203

摘要

利用二维粒子模拟方法研究Hall推力器内电子与壁面的碰撞频率.研究发现,饱和鞘层状态下的电子与壁面的碰撞频率较经典鞘层下大大增加,甚至高出经典鞘层状态下电子与壁面碰撞频率两个数量级,这样饱和鞘层状态下电子与壁面的碰撞频率对近壁电流的贡献将不容忽略.进一步分析造成饱和鞘层状态下电子与壁面碰撞频率增加的原因后认为,饱和鞘层状态下电子与壁面碰撞频率的增加是鞘层电势降过低和壁面发射的二次电子回流造成的.

关键词:

饱和 /
鞘层 /
碰撞 /
频率

In the paper we study the electron-wall collision frequency in Hall thruster using the two-dimensional particle-in-cell method. It is found that electron-wall collision frequency is greatly increased in the state of saturated sheath compared with in the state of classic sheath, and even two orders of magnitude higher. Thus, the contribution of electron-wall collision frequency in the state of saturated sheath to near-wall current will be non-ignorable. In this paper the reason why the electron-wall collision frequency is increased in the state of saturated sheath is further analysed. It is believed that the increase of electron-wall collision frequency is caused by rather low sheath potential drop and the backflow of secondary electron emitted from the wall.

Keywords:

saturated /
sheath /
collision /
frequency

作者及机构信息

张凤奎¹,
丁永杰²

(1)哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院,哈尔滨 150001; (2)哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,哈尔滨 150001

基金项目: 中央高校基本科研业务费专项资金(批准号:HEUCF100212)资助的课题.

Authors and contacts

(1)College of Aerospace and Civil Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China; (2)School of Energy Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China

参考文献

[1]	Morozov A I, Savelev V V 2001 Rev. Plasma Phys. 21 241
[2]	Yu D R, Zhang F K,Li H, Liu H 2009 Acta Phys. Sin. 58 1844 (in Chinese)[于达仁、张凤奎、李鸿、刘辉 2009 物理学报 58 1844]
[3]	Barral S, Makowski K, Peradzynski Z, Gascon N, Dudeck M 2003 Phys. Plasmas. 10 4137
[4]	Taccogna F, Longo S, Capitelli M 2004 Phys. Plasmas. 11 1220
[5]	Taccogna F, Longo S, Capitelli M 2005 Proceedings of the 29th International Electric Propulsion Conference (Princeton:Electric Rocket Propulsion Society) 012
[6]	Taccogna F, Longo S, Capitelli M 2005 Phys. Plasmas 12 093506
[7]	Morozov A I, Savelev V V 2002 Plasma Phys. Rep. 28 1017
[8]	Morozov A I, Savelev V V 2004 Plasma Phys. Rep. 30 299
[9]	Zou X 2006 Acta Phys. Sin. 55 1907 (in Chinese) [邹秀 2006 物理学报 55 1907]
[10]	Zou X, Liu H P, Gu X E 2008 Acta Phys. Sin. 57 5111 (in Chinese) [邹秀、刘惠平、谷秀娥 2008 物理学报 57 5111]
[11]	Zou X, Ji T K, Zou B Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 1902 (in Chinese) [邹秀、籍廷坤、邹滨雁 2010 物理学报 59 1902]
[12]	Wang D Y, Ma J X ,Li Y R, Zhang W G 2009 Acta Phys. Sin. 58 8432(in Chinese) [王道泳、马锦秀、李毅人、张文贵 2009 物理学报 58 8432]
[13]	Li Y R, Ma J X, Zheng Y B,Zhang W G 2010 Chin. Phys. B 19 085201
[14]	Tan Z X, Huang Y S, Lan X F, Lu J X, Duan X J, Wang L J, Yang D W, Guo S L, Wang N Y 2010 Chin. Phys. B 19 055201
[15]	Da Z L, Wang Y N, Ma T C 2001 Acta Phys. Sin. 50 2398 (in Chinese) [戴忠玲、王友年、马腾才 2001 物理学报 50 2398]
[16]	Liu C S, Wang D Z 2003 Acta Phys. Sin. 52 109 (in Chinese) [刘成森、王德真 2003 物理学报 52 109]
[17]	Hou L J, Wang Y N 2003 Acta Phys. Sin. 52 434(in Chinese) [侯璐景、王友年 2003 物理学报 52 434]
[18]	Wang Z X, Liu J Y, Zou X, Liu Y, Wang X G 2004 Acta Phys. Sin. 53 793 (in Chinese) [王正汹、刘金远、邹秀、刘悦、王晓钢 2004 物理学报 53 793]
[19]	Zou X, Liu J Y, Wang Z X, Gong Y, Liu Y, Wang X G 2004 Acta Phys. Sin. 53 3409 (in Chinese) [邹秀、刘金远、王正汹、宫野、刘悦、王晓钢 2004 物理学报 53 3409]
[20]	Duan P, Liu J Y, Gong Y, Zhang Y, Liu Y, Wang X G 2007 Acta Phys. Sin. 56 7090 (in Chinese) [段萍、刘金远、宫野、张宇、刘悦、王晓钢 2007 物理学报 56 7090]
[21]	Liu C S, Wang D Z, Liu T W, Wang Y H 2008 Acta Phys. Sin. 57 6450 (in Chinese) [刘成森、王德真、刘天伟、王艳辉 2008 物理学报 57 6450]
[22]	Liu C S, Han H Y, Peng X Q, Chang Y, Wang D Z 2010 Chin. Phys. B 19 035201
[23]	Gascon N, Dudeck M, Barral S 2003 Phys. Plasmas 10 4123
[24]	Raitses Y, Staack D, Keidar M, Fisch N J 2005 Phys. Plasmas 12 057104
[25]	Keidar M, Boyd I D, Beilis I I 2001 Phys. Plasmas 8 5315
[26]	Hobbs G D, Wesson J A 1967 Plasma Phys. 9 85
[27]	Meezan N B, Cappelli M A 2002 Phys. Rev. E 66 36401

施引文献

[1]	Morozov A I, Savelev V V 2001 Rev. Plasma Phys. 21 241
[2]	Yu D R, Zhang F K,Li H, Liu H 2009 Acta Phys. Sin. 58 1844 (in Chinese)[于达仁、张凤奎、李鸿、刘辉 2009 物理学报 58 1844]
[3]	Barral S, Makowski K, Peradzynski Z, Gascon N, Dudeck M 2003 Phys. Plasmas. 10 4137
[4]	Taccogna F, Longo S, Capitelli M 2004 Phys. Plasmas. 11 1220
[5]	Taccogna F, Longo S, Capitelli M 2005 Proceedings of the 29th International Electric Propulsion Conference (Princeton:Electric Rocket Propulsion Society) 012
[6]	Taccogna F, Longo S, Capitelli M 2005 Phys. Plasmas 12 093506
[7]	Morozov A I, Savelev V V 2002 Plasma Phys. Rep. 28 1017
[8]	Morozov A I, Savelev V V 2004 Plasma Phys. Rep. 30 299
[9]	Zou X 2006 Acta Phys. Sin. 55 1907 (in Chinese) [邹秀 2006 物理学报 55 1907]
[10]	Zou X, Liu H P, Gu X E 2008 Acta Phys. Sin. 57 5111 (in Chinese) [邹秀、刘惠平、谷秀娥 2008 物理学报 57 5111]
[11]	Zou X, Ji T K, Zou B Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 1902 (in Chinese) [邹秀、籍廷坤、邹滨雁 2010 物理学报 59 1902]
[12]	Wang D Y, Ma J X ,Li Y R, Zhang W G 2009 Acta Phys. Sin. 58 8432(in Chinese) [王道泳、马锦秀、李毅人、张文贵 2009 物理学报 58 8432]
[13]	Li Y R, Ma J X, Zheng Y B,Zhang W G 2010 Chin. Phys. B 19 085201
[14]	Tan Z X, Huang Y S, Lan X F, Lu J X, Duan X J, Wang L J, Yang D W, Guo S L, Wang N Y 2010 Chin. Phys. B 19 055201
[15]	Da Z L, Wang Y N, Ma T C 2001 Acta Phys. Sin. 50 2398 (in Chinese) [戴忠玲、王友年、马腾才 2001 物理学报 50 2398]
[16]	Liu C S, Wang D Z 2003 Acta Phys. Sin. 52 109 (in Chinese) [刘成森、王德真 2003 物理学报 52 109]
[17]	Hou L J, Wang Y N 2003 Acta Phys. Sin. 52 434(in Chinese) [侯璐景、王友年 2003 物理学报 52 434]
[18]	Wang Z X, Liu J Y, Zou X, Liu Y, Wang X G 2004 Acta Phys. Sin. 53 793 (in Chinese) [王正汹、刘金远、邹秀、刘悦、王晓钢 2004 物理学报 53 793]
[19]	Zou X, Liu J Y, Wang Z X, Gong Y, Liu Y, Wang X G 2004 Acta Phys. Sin. 53 3409 (in Chinese) [邹秀、刘金远、王正汹、宫野、刘悦、王晓钢 2004 物理学报 53 3409]
[20]	Duan P, Liu J Y, Gong Y, Zhang Y, Liu Y, Wang X G 2007 Acta Phys. Sin. 56 7090 (in Chinese) [段萍、刘金远、宫野、张宇、刘悦、王晓钢 2007 物理学报 56 7090]
[21]	Liu C S, Wang D Z, Liu T W, Wang Y H 2008 Acta Phys. Sin. 57 6450 (in Chinese) [刘成森、王德真、刘天伟、王艳辉 2008 物理学报 57 6450]
[22]	Liu C S, Han H Y, Peng X Q, Chang Y, Wang D Z 2010 Chin. Phys. B 19 035201
[23]	Gascon N, Dudeck M, Barral S 2003 Phys. Plasmas 10 4123
[24]	Raitses Y, Staack D, Keidar M, Fisch N J 2005 Phys. Plasmas 12 057104
[25]	Keidar M, Boyd I D, Beilis I I 2001 Phys. Plasmas 8 5315
[26]	Hobbs G D, Wesson J A 1967 Plasma Phys. 9 85
[27]	Meezan N B, Cappelli M A 2002 Phys. Rev. E 66 36401

[1]	邹秀, 刘惠平, 张小楠, 邱明辉. 具有非广延分布电子的碰撞等离子体磁鞘的结构. 物理学报, 2021, 70(1): 015201. doi: 10.7498/aps.70.20200794
[2]	赵晓云, 张丙开, 王春晓, 唐义甲. 电子的非广延分布对等离子体鞘层中二次电子发射的影响. 物理学报, 2019, 68(18): 185204. doi: 10.7498/aps.68.20190225
[3]	张存波, 闫涛, 杨志强, 任伟涛, 朱占平. 频率对半导体器件热击穿影响的理论模型. 物理学报, 2017, 66(1): 018501. doi: 10.7498/aps.66.018501
[4]	刘惠平, 邹秀, 邹滨雁, 邱明辉. 碰撞参数对磁化电负性等离子体鞘层结构的影响. 物理学报, 2016, 65(24): 245201. doi: 10.7498/aps.65.245201
[5]	宋建军, 杨超, 朱贺, 张鹤鸣, 宣荣喜, 胡辉勇, 舒斌. SOI SiGe HBT结构设计及频率特性研究. 物理学报, 2014, 63(11): 118501. doi: 10.7498/aps.63.118501
[6]	邹秀, 籍延坤, 邹滨雁. 斜磁场中碰撞等离子体鞘层的玻姆判据. 物理学报, 2010, 59(3): 1902-1906. doi: 10.7498/aps.59.1902
[7]	王道泳, 马锦秀, 李毅人, 张文贵. 等离子体中热阴极鞘层的结构. 物理学报, 2009, 58(12): 8432-8439. doi: 10.7498/aps.58.8432
[8]	张蕾, 董全力, 赵静, 王首钧, 盛政明, 何民卿, 张杰. 激光等离子体相互作用的受激拉曼散射饱和效应. 物理学报, 2009, 58(3): 1833-1837. doi: 10.7498/aps.58.1833
[9]	邹秀, 邹滨雁, 刘惠平. 外加磁场对碰撞射频鞘层离子能量分布的影响. 物理学报, 2009, 58(9): 6392-6396. doi: 10.7498/aps.58.6392
[10]	邹秀, 刘惠平, 谷秀娥. 磁化等离子体的鞘层结构. 物理学报, 2008, 57(8): 5111-5116. doi: 10.7498/aps.57.5111
[11]	邹建龙, 马西奎. 一类由饱和引起的非线性现象. 物理学报, 2008, 57(2): 720-725. doi: 10.7498/aps.57.720
[12]	黄永宪, 田修波, 杨士勤, Fu Ricky, Chu K. Paul. 脉冲偏压上升沿特性对等离子体浸没离子注入鞘层扩展动力学的影响. 物理学报, 2007, 56(8): 4762-4770. doi: 10.7498/aps.56.4762
[13]	沈启坤, 张天平, 孙妍. 具有死区和饱和输入的自适应混沌控制. 物理学报, 2007, 56(11): 6263-6269. doi: 10.7498/aps.56.6263
[14]	邹秀. 斜磁场作用下的射频等离子体平板鞘层结构. 物理学报, 2006, 55(4): 1907-1913. doi: 10.7498/aps.55.1907
[15]	杨全民, 王玲玲. 频率对纳米晶软磁合金磁性能影响的理论解释. 物理学报, 2005, 54(9): 4256-4262. doi: 10.7498/aps.54.4256
[16]	王正汹, 刘金远, 邹　秀, 刘　悦, 王晓钢. 尘埃等离子体鞘层的玻姆判据. 物理学报, 2004, 53(3): 793-797. doi: 10.7498/aps.53.793
[17]	刘成森, 王德真. 空心圆管端点附近等离子体源离子注入过程中鞘层的时空演化. 物理学报, 2003, 52(1): 109-114. doi: 10.7498/aps.52.109
[18]	谷云鹏, 马腾才. 粒子束对玻姆鞘层判据的影响. 物理学报, 2003, 52(5): 1196-1202. doi: 10.7498/aps.52.1196
[19]	邱华檀, 王友年, 马腾才. 碰撞效应对入射到射频偏压电极上离子能量分布和角度分布的影响. 物理学报, 2002, 51(6): 1332-1337. doi: 10.7498/aps.51.1332
[20]	戴忠玲, 王友年, 马腾才. 射频等离子体鞘层动力学模型. 物理学报, 2001, 50(12): 2398-2402. doi: 10.7498/aps.50.2398

计量

文章访问数: 7187
PDF下载量: 676
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板