Полностью кинетическая модель динамики плазмы в разряде ускорителя плазмы с замкнутым дрейфом электронов

Описывается полностью кинетическая модель динамики плазмы в ускорителе плазмы с замкнутым дрейфом электронов (холловском двигателе), а также алгоритм численного решения модели. Помимо тестирования алгоритма, приведены результаты вычислительных экспериментов, направленных на подтверждение адекватности модели. Модель является двумерной в пространстве координат, трехмерной в пространстве скоростей и рассматривает электроны, ионы и нейтралы. Кинетические уравнения решаются методом частиц при помощи методологии “частиц в ячейках”. Столкновения частиц моделируются методом Монте-Карло. Электрическое поле является самосогласованным и определяется из решения уравнения Пуассона. Свойства различных материалов стенок, ограничивающих объём плазмы, используются при задании граничных условий. Учитывается вторичная электронная эмиссия со стенок. В отличие от существующих полностью кинетических моделей, описывающих динамику плазмы в холловских двигателях, в данной модели не уменьшается масса тяжелых частиц. Таким образом, исключается возможность возникновения ошибок при постановке модели и интерпретации получаемых данных. В результате вычислительных экспериментов были получены двумерные распределения параметров плазмы и интегральные характеристики для нескольких режимов работы исследуемого холловского двигателя. Полученные тенденции и абсолютные значения параметров хорошо согласуются с экспериментальными данными. По результатам моделирования исследована структура разряда в холловском двигателе. Расчетным способом установлена связь между параметрами плазмы и топологией магнитного поля.