Розробка математичної моделі процесів усередині порожнистого катода радіочастотного випромінювання з урахуванням в'язкості в динаміці електронів

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2026.356937

Ключові слова:

високочастотний катод, тензор в'язкості, потенційний бар'єр, поверхневий шар, біполярний шар

Анотація

Об’єктом дослідження є високочастотні порожнисті катоди як джерела електронів у плазмо-іонних двигунах та двигунах на ефекті Холла з відносно низькою потужністю.

У публікаціях, присвячених високочастотним (геліконним) двигунам, як механізми поглинання електромагнітної енергії розглядаються хвилі Трівелпіса-Гулда, геліконні хвилі, а також іонно-циклотронний та електронно-циклотронний резонанси. У цьому випадку розсіювання електронів атомами та іонами в каналі двигуна розглядається як фактор термалізації плазми. Умови розряду та розміри камери катода низької потужності практично виключають виникнення цих ефектів, водночас значно посилюючи релаксацію імпульсу електронів завдяки недзеркальному відбиттю від потенційного бар’єру в прикордонному біполярному шарі. Параметрами, що описують результати цього відбиття в об’ємі камери, є осьово-азимутальні та радіально-азимутальні складові тензора електронної в’язкості, які відповідають потоку імпульсу електронів у напрямку нульового масового потоку. Показано, що в'язкий перенос імпульсу електронів сприяє проникненню магнітного поля в плазму глибше, ніж це передбачається класичною теорією поверхневого шару, яка враховує релаксацію руху електронів лише внаслідок зіткнень у об'ємі. Визначено умови, за яких можливий резонанс обертання-циклотрон. Показано вплив в'язкості на процес термалізації електронів.

Отримані в роботі результати можуть бути використані для прогнозування робочих параметрів та звуження діапазону варіацій параметрів при розробці лабораторних моделей.

Біографія автора

Shahram, IL SENTIERO INTERNATIONAL CAMPUS

Engineer/Researcher

Посилання

  1. Myers, R. M., Oleson, S. R., McGuire, M., Meckel, N. J., Cassady, R. J. (1995). Pulsed Plasma Thruster Technology for Small Satellite Missions. The 9th AIAA, Utah State University Conference on Small Satellites, 14. Available at: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/19960011377/downloads/19960011377.pdf
  2. Aoyagi, J., Hatakeyama, T., Irie, M., Okutsu, A., Takegahara, H., Watanabe, H. (2007). Preliminary Study on Radio Frequency Neutralizer for Ion Engine. The 30th International Electric Propulsion Conf, 5. Available at: https://electricrocket.org/IEPC/IEPC-2007-226.pdf
  3. Squire, J. P., Chang-Diaz, F. R., Jacobson, V. T., Glover, T. W., Baity, F. W., Carter, M. D. et al. (2003). Investigation of a Light Gas Helicon Plasma Source for the VASIMR Space Propulsion System. AIP Conference Proceedings, 694, 423–426. https://doi.org/10.1063/1.1638071
  4. Zhu, Q., Su, Y. (2024). A Non-inductive Coil Design Used to Provide High-Frequency and Large Currents. Sensors, 24 (7), 2027. https://doi.org/10.3390/s24072027
  5. Akhiezer, A. I., Akhiezer, I. A., Polovin, R. V., Sitenko, A. G., Stepanov, K. N. (2011). Plasma Electrodynamics. Vol. 1. Linear Theory. Pergamon press, 422. Available at: https://api.pageplace.de/preview/DT0400.9781483152158_A23873861/preview-9781483152158_A23873861.pdf
  6. Shinohara, S. (2018). Helicon high-density plasma sources: physics and applications. Advances in Physics: X, 3 (1), 1420424. https://doi.org/10.1080/23746149.2017.1420424
  7. Chen, F. F. (2001). Collisional, magnetic, and nonlinear skin effect in radio-frequency plasmas. Physics of Plasmas, 8 (6), 3008–3017. https://doi.org/10.1063/1.1367322
  8. Korzec, D., Schott, M., Engemann, J. (1995). Radio frequency hollow cathode discharge for large-area double-sided foil processing. Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films, 13 (3), 843–848. https://doi.org/10.1116/1.579839
  9. Touš, J., Šícha, M., Hubička, Z., Soukup, L., Jastrabík, L., Čada, M., Tichý, M. (2002). The Radio Frequency Hollow Cathode Discharge Induced by the RF Discharge in the Plasma-Jet Chemical Reactor. Contributions to Plasma Physics, 42 (1), 119–131. https://doi.org/10.1002/1521-3986(200201)42:1<119::aid-ctpp119>3.0.co;2-7
  10. Smirnov, P., Smirnova, M., Schein, J., Khartov, S. (2019). Research and development of radio-frequency cathode-neutralizer. The 36th International Electric Propulsion Conference, 7. Available at: https://electricrocket.org/2019/840.pdf
  11. Roshanpur, S. (2013). Electron gas parameters change inside langmuir layer in electric propulsion devices. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (5 (64)), 36–39. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2013.16675
  12. Nesterenko, S., Zhihao, H., Roshanpour, S. (2025). Compromise kinetic-fluid model of electrons dynamics in electric propulsion devices with closed electrons drift as an alternative to the hybrid PIC-Fluid method. Aerospace Technic and Technology, 1, 28–37. https://doi.org/10.32620/aktt.2025.1.03
  13. Nesterenko, S. Yu., Roshanpour, Sh. (2013). Particles velocity distribution function moments equations set in rarified medium of inductive sources of plasma, electrons and ions. Aviation and space engineering and technology, 7 (104), 117–120. Available at: http://nbuv.gov.ua/UJRN/aktit_2013_7_23
  14. Roshanpour, S. (2025). Viscous Absorption of Electromagnetic Capacity in Radio Frequency Low Current Hollow Cathode. XIV Naukova konferentsiia «Naukovi Pidsumky 2025 Roku», 73. Available at: https://entc.com.ua/download/НАУКОВІ%20ПІДСУМКИ%202025.pdf
  15. Roshanpour, S. (2025). Computer modeling of non-emission electron source with high-frequency ionization. ScienceRise, 2, 79–91. https://doi.org/10.21303/2313-8416.2025.003885
Development a mathematical model of processes inside RF hollow cathode taking viscosity into account in electron dynamics

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-04-30

Як цитувати

Roshanpour, S. (2026). Розробка математичної моделі процесів усередині порожнистого катода радіочастотного випромінювання з урахуванням в’язкості в динаміці електронів. Technology Audit and Production Reserves, 2(1(88), 64–69. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2026.356937

Номер

Том 2 № 1(88) (2026): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Електротехніка та промислова електроніка

Ліцензія

Авторське право (c) 2026 Shahram Roshanpour

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.