Two-dimensional Kinetic modeling of the power deposition in a coaxial ECR thruster
Simulation cinétique 2D du dépôt d'énergie dans un propulseur ECR coaxial
Résumé
The electromagnetic power deposition drives the efficiency of Electron cyclotron Resonance plasma thrusters. The generation and heating of a plasma in a coaxial ECR thruster is investigated using a Particle in Cell model, which includes the self-consistent resolution of Maxwell's equations. The simulation domain includes a significant section of the magnetic nozzle to account for the bouncing motion of electrons. The model is scaled-down to reduce the computational cost, using two techniques: a reduced ion mass and a slower speed of light. The preliminary results show that a stable expanding plasma is formed, with a strong electron anisotropy in the coaxial source. As the electrons expand in the nozzle, the low energy particles are lost and only energetic trapped electrons remains. Future investigation will focus on the energy flux on the boundaries and the electromagnetic wave absorption in the volume.
Le dépôt d'énergie électromagnétique pilote l'efficacité des propulseurs à résonance électronique cyclotronique. La création et le chauffage d'un plasma dans un propulseur ECR coaxial est étudié au moyen par la méthode "particle-in-cell", incluant la résolution auto-consistante des équations de Maxwell. Le domaine simulé inclus une portion significative de la tuyère magnétique pour prendre en compte le mouvement oscillant des électrons. Le modèle est mis à l'échelle pour réduire le temps de calcul, en utilisant deux méthodes : la masse ionique est réduite, ainsi que la vitesse de la lumière. Les premiers résultats de la simulation montre la formation d'un plasma stable qui se détend dans la tuyère magnétique. La température électronique est fortement anisotrope dans la source coaxiale. Lors de leur expansion dans la tuyère magnétique, les électrons de basse énergie sont perdus et seuls des électrons piégés de forte énergie subsistent. L'étude se poursuivra en étudiant plus précisément les flux d'énergie aux parois et l'absorption de l'énergie électromagnétique dans le volume.
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