홀 추력기 플라즈마의 다중전하 이온 및 방전특성 연구

Abstract

플라즈마 홀 추력기는 외부에 위치한 음극을 통해 채널 내부로 전자가 공급되며, 전자와 충돌을 통해 발생된 Xe 이 온들은 양극과 음극 사이에 존재하는 전기장에 의해 가속되어 추력을 발생시킨다. 자기장 구조가 일반 고리형 추력 기와 다른 원통형 추력기에서는 단일 전하를 띤 Xe+ 이온에 더하여 Xe2+ 와 Xe3+와 같은 다중전하 이온들이 함께 생성된다. 다중전하 이온들은 높은 이온에너지로 인해 추력기의 성능 특성에 매우 큰 영향을 미치며, 방전채널의 침 식과 이온전류의 증가와 같은 다양한 성능 및 빔 특성에 영향을 미친다. 본 연구에서는 내부 기하 구조 및 자기장 구 조에 따른 다중이온의 생성비율과 발생과정에 대하여 살펴보았다. 자기미러 효과(Magnetic mirror effect)에 따른 다중이온의 생성관계를 실험적으로 살펴보았으며, 특정 자기장 구조에서(> 400 G) 다중이온의 발생비율이 40% 이 상, 그리고 연료효율이 100% 이상됨을 확인하였다. 다중이온의 생성과 관련하여 자기장에 따라 발생되는 이온화 영역을 변화시키기 위해 방전채널 길이를 24 mm에서 20 mm 이하로 변경하면서 발생되는 다중이온 분포의 변화 를 측정하였다. 채널길이가 줄어들면서 다중이온 생성비율이 감소하였으며 발생되는 이온전류의 크기도 감소하였 다. 기체유량 약 7-11 sccm에서 200–300 V 방전전압에서 방전전류는 약 1-2 A이었다. 발표에서는 다중이온의 생성 및 방전 특성에 대한 상세한 연구결과가 논의될 예정이다.