强激光与粒子束

作者：孙明明, 耿海, 杨俊泰, 岳士超, 张文涛,

关键词：离子推力器, 栅极腐蚀, 束流, 聚焦状态,

为了研究30 cm离子推力器束流引出状态对栅极刻蚀的影响，建立了束流引出模型，并采用PIC-MCC方法对CEX离子造成的栅极腐蚀速率进行了计算，最后将计算结果与1500 h寿命试验结果进行比对分析。结果显示：束流正常聚焦时，在3 kW和5 kW两种工作模式下，加速栅和减速栅的质量刻蚀速率分别为(1.11～1.72)×10−15 kg/s及(1.22～1.26)×10−17 kg/s。在5 kW工况下，当屏栅上游等离子体密度达到4.03×1017 m−3时，束流出现欠聚焦现象，此时加速栅和减速栅的最大离子刻蚀速率分别为4.33×10−15 kg/s和4.02×10−15 kg/s；在3 kW工况下，当屏栅上游等离子体密度达到0.22×1017 m−3时，束流出现过聚焦现象，此时加速栅和减速栅的最大离子刻蚀速率分别为3.24×10−15 kg/s和5.01×10−15 kg/s。寿命试验结果表明，加速栅孔质量刻蚀速率的计算值与试验值比对误差较小，而由于束流离子对减速栅孔的直接轰击，导致减速栅孔刻蚀速率的计算值和试验值差异极大。经研究认为，对屏栅小孔采用变孔径设计，是降低当束流处于欠聚焦或过聚焦状态下，CEX离子造成加速栅孔和减速栅孔刻蚀速率，并提升推力器工作寿命的有效措施。

来源：2021年第2期

《强激光与粒子束》期刊编辑部

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