《離子發動機放電陰極的離子聲激勵濺射腐蝕機理研究》是依託北京理工大學，由謝侃擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：離子發動機放電陰極的離子聲激勵濺射腐蝕機理研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：謝侃
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
放電陰極的濺射腐蝕是制約離子發動機可靠性和壽命的主要因素之一。由於離子發動機中的靜電勢差不足以提供大於材料濺射閾值的能量，因而解釋高濺射能量離子的來源和產生機制一直是放電陰極濺射腐蝕機理研究中的焦點。最近的實驗發現放電陰極附近存在大幅高頻離子聲波脈動（電勢振盪），直觀解釋了高濺射能量的來源，但對離子發動機內離子聲波的特性和產生機制仍不十分清楚。本項目擬通過分析離子發動機中離子聲波的特性、色散關係，得到離子聲波電勢脈動幅頻與電漿參數、電磁參數的內在關係，從而建立解析的電勢振盪數學模型；然後結合混合PIC方法模擬放電陰極的濺射腐蝕過程，並和已有的實驗結果進行比較分析。通過該研究明晰離子發動機內離子聲波的產生機制，關鍵物理環節、特別是離子聲波電勢脈動對放電陰極腐蝕過程的影響，從而加深對放電陰極濺射腐蝕機理的認識。研究可為離子發動機方案改進、新方案可靠性評估、壽命預估等方面提供重要依據。
結題摘要
空心陰極是離子發動機的核心部件，它作為離子發動機的電子源和中和器，是必備核心真空電子器件。空心陰極工作放電時存在一個普遍的現象，陰極附近會有大幅電勢脈動。而該電勢脈動會產生高能離子，進而造成比預期更為嚴重的陰極部件腐蝕。空心陰極的濺射腐蝕是制約離子發動機可靠性和壽命的主要因素之一。 本項目通過實驗結合理論方法與數值分析方法對離子發動機放電陰極的離子聲激勵濺射腐蝕機理進行了研究。建立二維Particle-In-Cell(PIC)粒子仿真模型，以實驗數據作為輸入條件，研究了空心陰極放電羽流離子運動行為及能量分布。實驗結果發現直流空心陰極弧光放電電勢脈動現象通常發生在大電流或小流量的條件下。不同放電室結構對空心陰極放電放電特性及羽流參數有影響。直流空心陰極弧光放電電勢脈動主要由兩種原因造成。其一為電離不穩定型電勢脈動，電離型電勢脈動是由於電離區的形成（氙離子的產生）和空間氙離子消散造成；其二為離子聲波型電勢脈動，離子聲波型電勢脈動是由於電子溫度的提高及電離率的增大造成。仿真結果表明放電空間中高能離子的產生與空間電勢脈動幅值和脈動頻率有關，離子能量隨著電勢脈動的幅值和頻率的增大而增大。並與相關實驗數據進行比較分析，結果比較吻合。研究結果可為蘭州物理研究所離子發動機產品LIPS200+及LIPS300空心陰極篩選方案改進、新篩選方案可靠性評估、壽命預估等方面提供重要依據。
