홀 추력기 플라즈마 내 Xe+ 이온의 속도분포 진단을 위한 레이저유도형광 측정시스템 구축

Abstract

홀방식 플라즈마 추력기는 반경방향의 자기장과 축방향 전기장에 의해 방위각 방향으로 ExB 표류하는 전자에 의해 방전이 유지되고, 자화되지 않아 축방향으로 가속되어 분사되는 이온에 의해 추력을 발생시키는 이온원이다. 홀 추력기 플라즈마 및 분사되는 이온의 물리적 특성을 이해하고, 발생된 추력, 비추력 및 전력효율 등의 성능을 해석하기 위해서는 정확한 이온빔 진단이 필요하다. 레이저유도형광법(Laser Induced Fluorescence Diagnostics)은 가속 이온의 시공간 속도분포함수를 측정함으로써 플라즈마 포텐셜 구조를 재구성하고 플라즈마의 진동을 관찰할 수 있는 매우 유용한 진단법이다. 본 연구에서는 Xe+ 이온의 속도분포함수를 위치의 함수로 측정하기 위해 834.723 nm를 Xe+ 이온의 여기파장으로 선정해 NIR tunable 레이저를 사용하여 LIF 시스템을 구축하였다. 채널 길이와 지름이 각각 25, 50 mm 인 원통형 홀 추력기에서 양극전압이 225 V인 경우 21 km/s까지 Xe+ 이온의 속도가 측정되는데[1], 이는 약 58 pm의 도플러 편이에 해당하기 때문에 wavemeter를 사용하여 빔의 제어 및 파장스캔을 수행하였다. 레이저빔은 지름 1.5 m, 길이 3 m의 진공챔버 내로 입사되어 추력기 플라즈마를 지나도록 시준됐으며, 광전자증폭관과 Lock-in Amp를 사용해 타겟 영역에서 발생한 LIF 시그널을 측정하도록 준비되었다.