شبیه سازی پارامترهای موثر در انتقال غیرعادی الکترون در رانشگر اثر هال با استفاده از روش PIC

در این مقاله با استفاده از روش ذره در سلول (PIC) رفتار ذرات پلاسما در داخل محفظه رانشگر اثر هال شبیه سازی شده و بر حسب نتایج آن، پارامترهای موثر بر تحرک پذیری الکترون ها و انتقال غیر عادی آنها استخراج شده است. رانشگرهای اثر هال، یکی از انواع سامانه های پیشران الکتریکی است که در سفرهای فضایی، جهت رانش ماهواره ها و فضاپیماها کاربرد دارند. این نوع رانشگرها از میدان مغناطیسی و الکتریکی عمود بر هم، برای محصور کردن الکترون ها برای ایجاد نیروی پیشران استفاده می کنند. حضور میدان مغناطیسی عمود بر میدان الکتریکی باعث سوق الکترون ها در جهت سمتی می شود. در حالت آرمانی انتظار می رود الکترون ها یک حرکت سمتی (حول محور رانشگر) داشته باشند و الکترون ها در دهنه رانشگر کاملا محصور می شود. اما در تجربه مشاهده می شود که الکترون ها در سایر راستاها نیز حرکت می کنند، که انتقال غیرعادی الکترون نامیده می شوند. این رفتار باعث می شود که الکترون ها به طور کامل در دهنه محصور نشوند و در نتیجه اتلاف و کاهش بازده و همچنین خوردگی دیواره مشاهده می شود. دو ساز و کار عمده برای ایجاد این جریان الکترونی پیشنهاد شده است که اولی مربوط به اندرکنش الکترون با دیواره و دومی مربوط به نوسانات پلاسما از جمله ناپایداری سوقE×B  است. رانشگر باید طوری طراحی شود تا شرایط بهینه برای کنترل این رفتارها فراهم شود. برای این کار، با استفاده از شبیه سازی ها نشان داده شده است که مقادیر بهینه برای محصور کردن الکترون ها، با میدان مغناطیسی بین 250 تا 300 گوس، ولتاژ مناسب برای شتاب دادن الکترون بیشتر از 300 ولت، چگالی بهینه پلاسما و گاز خنثی به ترتیب cm-3 1011×2 و cm-3 1014×1 است.