Modelling and experimental characterisation of electron emission influence on Hall thrusters operation
Modélisation et caractérisation expérimentale de l’influence de l’émission électronique sur le fonctionnement des propulseurs à courant de Hall
Résumé
Plasma-wall interaction in Hall Thrusters is today an important topic of research for plasma physics scientific community and space industry. Until today, the interactions between the plasma and the thruster walls have been considered on a simplified manner, although it is proved experimentally that Hall Thruster channel material has a non-negligible impact on global plasma behaviour. In particular electron emission phenomenon (i.e. the emission of electrons from a wall submitted to an incident electrons flow) has been modelled on a simplistic way in Hall thrusters models. It is suspected that this phenomenon could have a major impact on electrons transport. Firstly, in order to highlight electron emission influence on global Hall thruster plasma behaviour, a detailed model of electron emission based on a thorough literature review was created. In a second part, this model was validated by comparison to experimental data extracted from literature and carried out during the PhD. on materials characteristic of Hall thruster wall. In a third part, this detailed electron emission model was introduced in particle simulation of Hall thruster plasma in order to evaluate its influence on global plasma characteristics. This PhD. allowed highlighting a non-negligible influence of electron emission on Hall thruster plasma behaviour. In particular, some properties of electron emission, such as emitted electron angular distribution and emitted electron energy distribution, which have only been considered on a simplistic manner, show a major influence on Hall thruster plasma.
L’interaction entre le plasma et les parois dans les moteurs à courant de Hall est aujourd’hui un important sujet de recherche pour la communauté scientifique de la physique des plasmas et pour l’industrie spatiale. Jusqu’à peu, l’interaction entre le plasma et les parois du propulseur a été considérée de façon simple dans les modèles, bien que nous sachions expérimentalement que le type de paroi utilisée change le fonctionnement du propulseur. En particulier, le phénomène d’émission électronique (i.e. l’émission d’électrons par les parois sous l’impact d’un faisceau incident d’électrons) qui, jusqu’à présent, a été considéré de manière simpliste dans les modélisations, pourrait jouer un rôle déterminant dans le transport électronique. Afin de mettre en évidence l’influence de l’émission électronique sur le comportement global du plasma de propulseur à courant de Hall, un modèle détaillé d’émission électronique, qui s’appuie sur une étude bibliographique approfondie, a été réalisé dans un premier temps. Dans un second temps, ce modèle a été validé par comparaison à des données issues de la littérature et à des données expérimentales réalisées au cours de la thèse sur des matériaux caractéristiques des parois de propulseur à courant de Hall. Dans une troisième et dernière partie, ce modèle d’émission électronique a été introduit dans une simulation particulaire de plasma de propulseur afin d’évaluer son influence sur les caractéristiques globales du plasma. Cette thèse a permis de mettre en évidence une influence non négligeable de l’émission électronique sur le comportement du plasma de propulseur. En particulier, des propriétés de l’émission électronique qui n’avaient été considérées que de manière simplifiée jusqu’à présent, telles que la distribution angulaire et la distribution en énergie des électrons émis, ont une influence majeure sur le plasma de propulseur.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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