Numerical and experimental investigation of inductively coupled plasma cathode for electric propulsion applications
Elektrik itki uygulamaları için indüktif etkileşimli plazma katodunun nümerik ve deneysel araştırması
- Tez No: 409306
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. MURAT ÇELİK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Havacılık Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Physics and Physics Engineering, Aeronautical Engineering, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 146
Özet
Plazma katotları elektrik itki uygulamalarında elektrik kaynağı olarak daha yaygın olarak kullanılan oyuk katotlara pratik bir alternatif olarak kullanılmak için geliştirilmiş yayıcısız cihazlardır. İndüktif Etkileşimli Plazma (İEP) ya da Radyo Frekans (RF) plazma katot son yıllarda gündeme gelmiştir. Kompak geometrileri, basit ve verimli plazma oluşumu sayesinde RF plazma katotları oyuk katotlar üzerinde belirli avantajlara sahiptirler. Bu tezde, RF plazma katotları ve bu cihazların çalışmasının arkasında yatan fizik, teorik ve deneysel olarak incelenmiştir. Bilindiği gibi plazma katot cihazlarında, özellikle RF plazma katotlarında, elektron çekimi“anot noktası”olarak bilinen ikincil plazmanın oluşumuna kuvvetle bağlıdır. Literatürdeki deneysel çalışmalar anot noktası elektron yoğunluğunun ve sıcaklığının yığın plazmasından (Bunu bir de hocaya sor. Ben 'bulk plasma'yı 'yığın plazma' olarak çevirdim!!!) yüksek olduğunu göstermiştir. Anot noktasının oluşumundan önce cihazdan çekilen elektron akımı çok düşüktür. Anot noktasının oluşumuyla birlikte çekilen akım hızla artmaktadır. Bu tezde, anot noktasının bir dengesiz kararlı rejim plazması ('NESS'i dengesiz kararlı rejim olarak çevirdim. Bir bakarsınız !!!) olduğu gösterilmiştir. Anot noktasının dengesiz doğası, içerisindeki yüksek elektron oluşumu ve yüksek elektron yoğunluğunun nedeni olarak öne sürülmüştür. Çekilen elektron akımındaki ani artışın sebebi anot noktasının içerisindeki yüksek elektron oluşumudur. Söz konusu ani artış bu tezde sunulan deneylerin sonuçlarında da gözlemlenmiştir. RF plazma katodunun iki farklı konsepti tasarlanmış ve üretilmiştir. Ayrıca geometrik ve operasyonel parametrelerin etkilerinin belirlenmesi icin deneysel ölçümler yapılmıştır. Bu tezdeki deneysel çalışmalar RF plazma katot cihazının plazma oluşum ve elektron çekim karakteristiklerinin orifis çapı, oda uzunluğu, oda çapı, anten geometrisi gibi geometrik parametrelere, aynı zamanda RF gücü ve gazın kütlesel akış debisi gibi operasyonel parametlerele kuvvetle bağlı olduğu göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Plasma cathodes are insert free devices that are developed to be employed as electron sources in electric propulsion applications as a practical alternative to more commonly used hollow cathodes. Inductively coupled plasma (ICP) cathode, or Radio Frequency (RF) plasma cathode, is introduced in recent years. Because of their compact geometry, and simple and efficient plasma generation, RF plasma cathodes have certain advantages over hollow cathodes. In this thesis, RF plasma cathodes have been investigated theoretically and experimentally. Extraction of electron from plasma cathode devices, and especially RF plasma cathode, strongly depends on the formation of a secondary plasma known as ``anode spot." Previous Experimental studies show that the anode spot electron density and electron temperature is higher than the bulk plasma. Before the formation of the anode spot, the extracted electron current from the device is very low. By the formation of the anode spot, extracted current increases dramatically. In this thesis, it is demonstrated that the anode spot is a non-equilibrium steady state (NESS) plasma. The non-equilibrium nature of the anode spot is put forward as the reason for high electron generation and high electron density inside it. The jump in the extracted electron current is due to high electron generation inside the anode spot. Two different concepts of RF plasma cathode are designed and manufactured. Experimental measurements have been conducted to study the effects of geometric and operational parameters. Experimental studies in this thesis show that operation of the RF plasma cathode device strongly depend on the geometric parameters such as orifice diameter, chamber length, chamber diameter, antenna geometry, as well as the operational parameters such as RF power and gas mass flow rate.
Benzer Tezler
- Computational and experimental investigation of the critical role of twinning on the plastic deformation of highmanganese austenitic steels and pseudoelasticity of niti shape memory alloys
İkizlemenin yüksek manganlı östenitik çeliklerin plastik deformasyonu ve niti şekil hafıza alaşımlarının süperelastisitesi üzerindeki krıtik rolünün sayısal ve deneysel incelemesi
BERKAY GÜMÜŞ
Doktora
İngilizce
2015
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DEMİRCAN CANADİNÇ
- Dizel bir motorda biodizel yakıt kullanımının yanma prosesi ve motor tribolojisi üzerindeki etkilerinin araştırılması
Investigation of the effects of the use of biodiesel fuel on a combustion process and engine tribology in a diesel engine
BÜNYAMİN ESKİCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
EnerjiSivas Cumhuriyet ÜniversitesiEnerji Bilimleri ve Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İLKER TEMİZER
- Vakumlu küresel seramiklerin deneysel ve teorik olarak incelenmesi
Experimental and theoretical investigation of hollow spherical ceramics
ÜMİT KESKİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. ÖMER ERCAN ATAER
- Antarktika buzullarında kimyasal analizler
Chemical analysis of Antarctic ice core
GAMZE NEŞE ÖZCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATMA ELİF GENCELİ GÜNER