Kiel 2011 – wissenschaftliches Programm

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P: Fachverband Plasmaphysik

P 12: Plasmatechnologie I

P 12.1: Hauptvortrag

Mittwoch, 30. März 2011, 10:30–11:00, HS H

Modellierung eines Radio-Frequenz Plasmabrückenneutralisators — •Frank Scholze, Michael Tartz und Horst Neumann — Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V., Leipzig, Deutschland

Am IOM wurde ein RF-Plasmabrückenneutralisator (RF-PBN) mit induktiver Einkopplung konzipiert und gebaut. Das Labormodell wurde getestet und seine Tragfähigkeit zusammen mit dem elektrostatischen Ionentriebwerk RIT22 von Astrium ST GmbH als erstes europäisches, kathodenloses, elektrisches Antriebssystem demonstriert. Die Basis für die Neutralisatorentwicklung bildeten verschiedene Modellierungsansätze. Die ersten Abschätzungen zur erzielbaren Effizienz dieser Elektronenquelle mit Hilfe der Energiebilanzgleichung zeigten die Realisierbarkeit auf. Diese Ergebnisse lieferten die ersten Dimensionierungsansätze, um für eine definierte Geometrie die maximalen Ausbeuten zu ermitteln. Die Minimierung des Energie- und Gasverbrauches ist neben der Lebensdauer die wichtigste Optimierungsanforderung für den Langzeiteinsatz des Neutralisators in entsprechenden Raumfahrtmissionen. Für diese Optimierungsanforderung wurde eine Simulationsstrategie auf der Grundlage des Particle-in-Cell-Codes XOOPIC entwickelt und eingesetzt. Der Code wurde mit Modulen zur Beschreibung der induktiven Einkopplung ergänzt und die örtliche Verteilung der Plasmaparameter für unterschiedliche Geometrien berechnet. Zu ihrer Validierung wurden die Ergebnisse der Modellrechnungen mit den unterschiedlichen experimentellen Messergebnissen am RF-PBN verglichen.