شبيه‌سازي پارامترهاي مؤثر در انتقال غيرعادي الكترون در رانشگر اثر هال با استفاده از روش PIC

در اين مقاله با استفاده از روش ذره در سلول (PIC) رفتار ذرات پلاسما در داخل محفظه‌رانشگر اثر هال شبيه‌سازي شده و بر حسب نتايج آن، پارامترهاي مؤثر بر تحرك‌پذيري الكترون‌ها و انتقال غير عادي آنها استخراج شده است. رانشگرهاي اثر هال، يكي از انواع سامانه هاي پيشران الكتريكي است كه در سفرهاي فضايي، جهت رانش ماهواره‌ها و فضاپيماها كاربرد دارند. اين نوع رانشگرها از ميدان مغناطيسي و الكتريكي عمود بر هم، براي محصور كردن الكترون‌ها براي ايجاد نيروي پيشران استفاده مي‌كنند. حضور ميدان مغناطيسي عمود بر ميدان الكتريكي باعث سوق الكترون‌ها در جهت سمتي مي‌شود. در حالت آرماني انتظار مي‌رود الكترون‌ها يك حركت سمتي (حول محور رانشگر) داشته باشند و الكترون‌ها در دهنه‌رانشگر كاملا محصور مي‌شود. اما در تجربه مشاهده مي‌شود كه الكترون‌ها در ساير راستاها نيز حركت مي‌كنند، كه انتقال غيرعادي الكترون ناميده مي‌شوند. اين رفتار باعث مي‌شود كه الكترون‌ها به طور كامل در دهنه محصور نشوند و در نتيجه اتلاف و كاهش بازده و همچنين خوردگي ديواره مشاهده مي‌شود. دو ساز و كار عمده براي ايجاد اين جريان الكتروني پيشنهاد شده است كه اولي مربوط به اندركنش الكترون با ديواره و دومي مربوط به نوسانات پلاسما از جمله ناپايداري سوقE×B  است. رانشگر بايد طوري طراحي شود تا شرايط بهينه براي كنترل اين رفتارها فراهم شود. براي اين كار، با استفاده از شبيه سازي‌ها نشان داده شده است كه مقادير بهينه براي محصور كردن الكترون ها، با ميدان مغناطيسي بين 250 تا 300 گوس، ولتاژ مناسب براي شتاب دادن الكترون بيشتر از 300 ولت، چگالي بهينۀ پلاسما و گاز خنثي به ترتيب cm-3 1011×2 و cm-3 1014×1 است.