Ускорения плазмы в анодном слое

Содержание

Общие особенности ускорения плазмы в анодном слое……………3

Оценка параметров ускорителя с анодным слоем…………………….6

Применение ускорителей плазмы с анодным слоем.………………16

Вывод……………………………………………………………………………………….17

Список использованной литературы………………………………………18

Общие особенности ускорения плазмы в анодном слое

Принципиальная схема холловского ускорителя плазмы с анодным слоем представлена на рис. 1. Со стороны анода в ускоритель поступает поток ионов, скорость которых мала; ионы могут также создаваться за счет ионизации электронами нейтральных атомов, поступающих в систему. Металлические стенки ускорительного канала находятся под катодным потенциалом.Магнитная система создает в кольцевом зазоре ускорителя радиальное магнитное поле, скрещенное с аксиальным электрическим полем. В скрещенных Е_z и В_r полях на электроны действует сила Лоренца evxB, вызывающая их дрейф в азимутальном направлении. В результате в кольцевом зазоре формируется двойной азимутально однородный электрический слой. В этих условиях подвижность электронов поперек магнитного поля резко ограничена и внешнее электрическое поле совершает работу главным образом над ионами, ускоряя их вдоль оси системы. В приближении магнитной гидродинамики можно считать, что плазма ускоряется амперовой силой j_φB_r, обусловленной взаимодействием азимутального холловского тока j_φи радиальной компоненты внешнего магнитного поляB_r. В свою очередь ток j_φвызван азимутальной э.д.с. Холла Отсюда вытекают очевидные требования к параметрам системы:

                                            (1)

При соблюдении этих условий скорость ионов

Рис. 1. Принципиальная схема холловского ускорителя с анодным слоем:

1 – кольцевой анод; 2 – металлические стенки; 3 - магнитопровод

и действием на них магнитной силы можно пренебречь. В силу квазинейтральности плазмы ускорение ионов осуществляется в соответствии с магнитогидродинамическим уравнением

где ток j_φ обусловлен дрейфом электронов в азимутальном направлении

Чтобы дрейф электронов происходил свободно, протяженность ускорительного канала должна быть не меньше электронного циклотронного радиуса

В силу условия ω_eτ_e>> 1 электроны движутся по квазизамкнутым азимутальным траекториям, перемещаясь к аноду лишь вследствие редких столкновений. Поэтому на выходе ДАС образуется направленный поток ионов, пространственный заряд которых, вообще говоря, должен быть скомпенсирован как в электростатических ионных двигателях.

Запишем обобщенный закон Ома

Умножив выражение (5) скалярно наВ и пренебрегая малым членом B_j/σ находим

Следовательно, проекцияЕ на направление магнитного поля обращается в нуль, т.е.

где φ – потенциал плазмы; s – траектория вдоль магнитной силовой линии. Если градиентом электронного давления в формуле (6)  можно пренебречь, то интеграция этого выражения вдоль силовой линии с номером χ дает