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Zhu, Yu. Modeling of a microwave plasma electron source for neutralization of ion thrusters

Zhu, Yu (2013). Modeling of a microwave plasma electron source for neutralization of ion thrusters.

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Résumé en francais

Les sources électroniques sont utilisées pour neutraliser le flux d'électrons sortant d'un propulseur ionique. Les neutraliseurs conventionnels sont des cathodes creuses thermoioniques. Elles sont malheureusement fragiles, chères et très sensibles à la contamination par des espèces étrangères comme l'oxygène pour les orbites basses. Ainsi, des efforts de recherche autour des sources électroniques sont en cours. A l'aide d'un modèle analytique global ainsi qu'un modèle numérique auto-cohérent, je me suis attaché, durant ma thèse, à comprendre la physique qui régit les sources plasmas micro-ondes d'électrons et à comparer les résultats des modèles avec les résultats expérimentaux. Dans un premier temps, nous avons cherché à mieux comprendre la phase de génération du plasma sous des conditions similaires à celles de l'expérience. En particulier, nous avons pu trouver les meilleurs seuils de taux de flux de gaz, de pression de gaz et de taille de l'ouverture d'extraction des électrons, afin de déclencher le claquage. Ensuite, nous avons cherché les valeurs maximum de courant électronique qu'il est possible d'extraire de la source plasma, suivant les plages de pression de l'expérience, et nous avons fourni des informations quantitatives sur les caractéristiques du plasma (densité plasma, température électronique, etc...). Nous avons trouvé que le courant maximum dans la source n'est pas très sensible à la pression et se situe autour de 20 mA/W. Connaissant le courant maximum, nous avons basé notre dernière étude numérique sur la théorie de gaine, afin de régler la taille de l'ouverture, dans le but d'extraire tous les électrons de la source plasma. Dans cette étude ainsi que la précédente, les outils analytiques et numériques ont été employés, et les résultats se sont trouvés être en bonne correspondance avec ceux de l'expérience.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Boeuf, Jean-Pierre
Liard, Laurent
Ecole doctorale:Génie électrique, électronique, télécommunications (GEET)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire PLAsma et Conversion d'Energie (LAPLACE), UMR 5213
Mots-clés libres :Propulsion ionique - Neutraliseur - Source plasma micro-onde - Modèle global - Modèle auto-cohérent - Modèle fluide - Gaine ionique - Double gaine - Gaine électronique
Sujets :Electricite, électronique, automatique
Déposé le :09 Sep 2013 10:40