摘要：为了研究30 cm离子推力器束流引出状态对栅极刻蚀的影响,建立了束流引出模型,并采用PIC-MCC方法对CEX离子造成的栅极腐蚀速率进行了计算,最后将计算结果与1500 h寿命试验结果进行比对分析。结果显示:束流正常聚焦时,在3 kW和5 kW两种工作模式下,加速栅和减速栅的质量刻蚀速率分别为(1.11~1.72)×10^(-15)kg/s及(1.22~1.26)×10^(-17)kg/s。在5 kW工况下,当屏栅上游等离子体密度达到4.03×10^(17)m^(-3)时,束流出现欠聚焦现象,此时加速栅和减速栅的最大离子刻蚀速率分别为4.33×10^(-15)kg/s和4.02×10^(-15)kg/s;在3 kW工况下,当屏栅上游等离子体密度达到0.22×10^(17)m^(-3)时,束流出现过聚焦现象,此时加速栅和减速栅的最大离子刻蚀速率分别为3.24×10^(-15)kg/s和5.01×10^(-15)kg/s。寿命试验结果表明,加速栅孔质量刻蚀速率的计算值与试验值比对误差较小,而由于束流离子对减速栅孔的直接轰击,导致减速栅孔刻蚀速率的计算值和试验值差异极大。经研究认为,对屏栅小孔采用变孔径设计,是降低当束流处于欠聚焦或过聚焦状态下,CEX离子造成加速栅孔和减速栅孔刻蚀速率,并提升推力器工作寿命的有效措施。

摘要：使用基于嵌入式有限元质点网格与蒙特卡洛(IFE-PIC-MCC)的三维等离子体离子模拟程序,模拟离子在离子光学系统中的运动。计算了离子密度的空间分布,加速栅极上的冲击电流,加速栅极下游表面及孔壁的腐蚀。计算结果表明:加速栅极的腐蚀主要来源于交换电荷离子;由于交换电荷离子对加速栅极的冲击作用,加速栅极下游表面会形成"坑"形腐蚀,加速栅极孔壁会形成"凹槽"形腐蚀。数值仿真为离子光学系统的设计提供了有效手段。