Experimental observation of low-frequency interactions at different scales and evidence of transit time oscillations in a Hall thruster: Spectral analysis - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Physics of Plasmas Année : 2024

Experimental observation of low-frequency interactions at different scales and evidence of transit time oscillations in a Hall thruster: Spectral analysis

Observation expérimentale d'interactions à basse fréquence à différentes échelles et mise en évidence d'oscillations du temps de transit dans un propulseur à effet Hall : Analyse spectrale

Résumé

Hall thrusters are E×B plasma devices characterised by a large azimuthal electron current, which is involved in the formation of a wide variety of instabilities on different frequency scales (from kilohertz to gigahertz) and propagating in different directions. We have focused on a limited number of low-frequency instabilities that could be experimentally observed, such as breathing mode (BM) and ion transit time oscillations (ITTO). There are still gray areas in the understanding of the mechanisms behind these instabilities, which are often described individually, without considering an eventual exchange of information between the different types of instability. A wavelet time-frequency study of the plasma revealed the coexistence and interdependence of distinct instabilities. We suspect a possible interaction between the breathing mode and higher-frequency oscillations leading to ITTOs: it was shown that a transition occurred when the frequency of one of the BM harmonics became a multiple of the frequency of the higher-frequency oscillations. This was also accompanied by a deformation of the ion energy distribution functions.
Les propulseurs de Hall sont des dispositifs plasma E×B caractérisés par un important courant électronique azimutal. Ce dernier participe à la formation d'une grande variété d'instabilités à différentes échelles fréquencielles (du kilohertz au gigahertz) et se propageant dans différentes directions. Nous nous sommes concentrés sur un nombre limité d'instabilités à basse fréquence qui ont pu être observées expérimentalement, telles que le mode de respiration (breathing mode ; BM) et les oscillations du temps de transit des ions (ITTO). Cependant, des zones d'ombre subsistent dans la compréhension des mécanismes à l'origine de ces instabilités, qui sont souvent décrites individuellement, sans tenir compte d'un éventuel échange d'informations entre les différents types d'instabilité. Une étude temps-fréquence de la décharge, réalisée grâce à la méthode des transformés en ondelettes, a révélé la coexistence et l'interdépendance d'instabilités distinctes. Nous soupçonnons une possible interaction entre le mode de respiration et les oscillations à plus haute fréquence conduisant à des ITTO : il a été montré qu'une transition se produisait lorsque la fréquence de l'une des harmoniques BM devenait un multiple de la fréquence des oscillations à plus haute fréquence. Ce phénomène s'accompagne également d'une déformation des fonctions de distribution de l'énergie des ions.
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hal-04657851 , version 1 (22-07-2024)
hal-04657851 , version 2 (31-07-2024)

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Citer

Quentin Delavière--Delion, F. Gaboriau, G. Fubiani, L. Garrigues. Experimental observation of low-frequency interactions at different scales and evidence of transit time oscillations in a Hall thruster: Spectral analysis. Physics of Plasmas, 2024, 31 (7), pp.072110. ⟨10.1063/5.0206369⟩. ⟨hal-04657851v2⟩
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