Caractérisation du propulseur PEGASES : diagnostics du filtre magnétique et du faisceau : optimisation de la

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Caractérisation du propulseur PEGASES : diagnostics du filtre magnétique et du faisceau : optimisation de la géométrie Denis Renaud To cite this version: Denis Renaud.

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1 Caractérisation du propulseur PEGASES : diagnostics du filtre magnétique et du faisceau : optimisation de la géométrie Denis Renaud To cite this version: Denis Renaud. Caractérisation du propulseur PEGASES : diagnostics du filtre magnétique et du faisceau : optimisation de la géométrie. Autre. Université d Orléans, Français. NNT : 2016ORLE2018. HAL Id: tel Submitted on 8 Dec 2016 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific research documents, whether they are published or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

6 α α acc β γ Γ 2 1 δ ϵ η θ Θ λ λ e,i,n λ D lnλ e,i ν e,i 1 ξ 1 ρ e Ω σ 2 τ e,i 3 1 φ A ϕ ψ ω ω p 1 a 2 A 2 A ext 2 2

7 A g 2 B B r d D v 3 1 e R E 1 E f 1 F L F acteur S G h h r hν H H I sp I j 2 J B 2 J CL 2 k att,r 3 1 L n 3 N n m M 2. m 1 p

8 P Coll,NoColl P Q 1 r r b R 0 Ω s S 2 t T T n n T g U U B 1 v 1 V 3 V par V p x w 0 W ϕ Z

9 ε σ SB c 8 1 e 19 g 2 k B m p 27 m univ 53 M Soleil 30

13 S

14 6

16 Chapitre

17 m d v = dm v ej, m v dm v ej ( ) m0 v = v ej ln, m 0 m f ( ) v m 0 = m f exp, T m f v ej T = dm dt v ej = ṁ v ej,

18 ṁ m vide m univ M Soleil m univ = kg er e e

19 j B

20 v i 2 Z ev acc v i =, m i e Z V acc m i + + T =. m i v i,. m i = j pm i A g, e j p A g 2mi V acc T = j p A g. e I sp I sp = T. m i g = v i g, g I sp sp

21 η i. m n η i =. m i. m n. η m = T m syst. m syst ξ ξ = T P prop, P prop η T P inj η T = T 2 2. m n P inj.

22 J B = en e kb T e m i,

23 J B k B T e n e J CL J CL = 4 2e 9 ε Vacc 3/2 0 m i s 2, s ε 0 J CL s T = 8ε 0A g 9 ( Vacc s ) 2. J CL A g = 60 cm 2 A g T g T g = π d 2, d

24 v derive v derive = E B B 2, v E x B y, E B E x B y j Hall j Hall = en e v derive = 32 A/cm 2.

25 sp sp

28 sp T ηm µ

29 6

30 Chapitre

31 6 2 A 2 + e (froid) A + A, A α

32 α = n n e, n n e α α << 1 α = 1 α > 100 +

33 s 1 ν e = 4πn e e 4 (4πε 0 ) 2 m 2 eve 3 lnλ ei ν i = 4πn i e 4 (4πε 0 ) 2 m 2 lnλ ii i v3 i m λ e = v e ν e λ i = v i ν i m 3 /s τ e = ν e n e τ i = ν i n i T e < 10 ev ν e,i n e,i lnλ λ τ 18 3 λ ie λ ii = 0.2 6

34 2 1 Ω 2 6 2

36 T g ± 4 r r

37 x 1 x 2 x 3 max [ ( ) ( )] B x (x) = B r x 1 x 3 arctan π 2x x 1 x 3 4x 2 + x arctan x2 3 2(x + x 2 ) 4(x + x 2 ) 2 + x x2 3 x x 1 x 2 x 3

38 z x y z

39 x y x y z y z x x 3 2

41 Q Q = 1 4 n nv n A g, v n n n p 0 p 0 = 4k BT n Q v n A g. A g = S g Tg 2 S g p r 6 D v = 1300 Q = p r D v = dn n dt k BT n, dn n /dt 15 5

42 rc r OML V p V f I + V f I + = h r en i kb T e m i A, h r A λ D λ D = ε0 k B T e e 2 n e.

43 2 λ D ( ) e(vp V s I e (V s ) = I es exp, k B T e V s I es = ean e v e. I e (V s

44 r OML I e = ean e 2 π 1 + e(v s V p ) k B T e, I 2 e

45 Ion Sélecteur G 30 Transducteur de courant Oscilloscope Gaine - 50 V G 20 G 10 µm µm V plane I plane I plane = 0.1V plane 5G, G

46 F L F L = Ze(E + v B), E v B E B v F L v = E B. v v v = V E B db, V E B d

47 5 3

48 2 6 ±

49 σ CEX σ CEX (v i ) = ( 23.3 log 10 (v i ) ) λ λ = 1 n g σ i = k BT pσ CEX, n g p 4 P NoColl ( P NoColl (t) = exp t ) = exp( ν CEX t). τ ν CEX = v i λ v i x P Coll = 1 P NoColl ( P Coll (x) = 1 exp x ) λ P Coll P Coll 0.42 P Coll x

74811 10 6 T 2 1.13698 10 9 T 3 + 1.1167 10 13 T 4.

50 I fil S fil S aire ϵσ SB T I fil = 4, ρ e L ϵ σ SB S fil, S aire ρ e 8 Ωm ρ e = T T T T 4. J neutraliseur J neutraliseur = A ext T 2 exp ( ) ewϕ, k B T A ext W ϕ A ext

51 x 6 α acc = 2arctan ( dcol L ), L d col

52 6 col col + 6 6

53 h a a = 2h L 2 v2 i, V E B = v i Bd + v 2 i 2mdh ZeL 2, h h 0

54 H H h H v mes = Hv i, v mes H v i H = V E B mi, db 2eV acc H 6 H = H(m, v i ).

55 6 H 6 H 6 H H H H = V acc V acc v i ( ) db 2 m i = 2eV acc. V E B m H H H = H V E B V E B + H V acc + H B B + H d d, V acc

56 H V E B V E B V acc V acc B B d d H H = V E B V E B + V acc 2Vacc 3/2 + B B + d d, H = H H 2+ H H H H H H + 2+ H H

57 H < φ A H = H(m, v i, h, φ A ). A + hν A + e, A e α I e I dc = j e,lpds lpd j e,dc S dc = e n e,lpdv e,lpd S lpd en e,dc v e,dc S dc n e n e = n n e = α, j S v e n e

58 σ LP D 22 2 > 6 6 lpd dc E e detach hν E e detach = hν EA. σ LP D 6 n /n n n ( = 1 exp σ ) LP DE L, hνs L E L L E L L 6 n /n 6

59 λ λ σ LP D = σ i = σ SF 6 + σ SF 5 + σ SF σ F, σ i

60 µm 5 x

61 y Ω Ω kω µf

62 Sonde Courant LPD C Oscillo Courant DC A R1 R2 R3 t tr t tr = r b v, r b f f = 1 t tr = v r b r b 6

63 w(d) ( ) d 2 w(d) = w 0 1 +, e r w 0 e r e r = πw2 0 M 2 λ, M 2 M 2

64 2 2 x x

65 < > λ/2 I laser = I 0 cos 2 (Θ), I Θ λ/2 n ph E laser

66 E ph = hν = hc λ. n ph = E laser /E ph 16 E laser = π (2 mm) 2 3 mm F laser F laser = E laserψ S laser, ψ Θ o 2 6

68 Chapitre

69 H

70 6 + x

71 sp > s i + mes mes i i V acc

72 6 6 t dn s /dt V dn s dt = Γ ca Γ s A = 1 4 n cv th A 1 4 n sv th A, Γ v th s c ( p(t) = p c + (p s p c )exp 1 ) 4 v A th V t, V t

73 6 T e V p

74 ϕ Γ i+ Γ e Γ i Γ i+ = U B n +, Γ e = 1 4 n e Γ i = 1 4 n 8kB T e πm e ( exp e 8k B T ( exp πm ϕ k B T e eϕ k B T ), ), n + U B k B T e 1 + α U B = m γα, α γ α = 0 ϕ = k BT e e ( 1 2 ln ( m+ 2πm e )). ϕ = V p V f α >> 1 γ = 1 T e T + n ϕ

75 H H = 6

76 6 6 x x B

78 6 ± ± 6 ± + 6 w p w p = n e e 2 m i ε 0,

79 ± 6 Ω w p µs w p ± 6 ± Ω Ω H H = U s U e, U s U e H

80 6 ± H = (ωrc) 2, ω µs 6 ±

81 6 ± Γ + Γ Γ + + Γ = 0, v + m n = n + = n +. v m + 6 ± 6

82 J CL Vacc 3/2 V acc

83 6 6 H +

84 6 6 +

86 6 6

88 ±

89 V acc

90 + + 6 V E B V E B

91 6 6 6 V E B V E B

92 V E B V E B V E B V V E B 6 V E B V E B V E B V E B H

93 6 6 6 H H H 6 H 6 H φ A H H H min H max H H

94 H H H H V E B 6 2 sp

95 H

96 Chapitre S

97 6 6 x x x x

98 6 6 x x 6

99 6 1 µs ers I e /I e 6 I e /I e 6

100 E o o o o 3/ o 3/2 5 2 o 3/2 Kr + hν Kr + + e. E Kr + nhν Kr + + e. n

101 I e r 6 Ie /I DC β 6

102 β < 2 β 2 2 β β 6 6 6

103 x 1 ma 6

104 6 x 6

105 6 β

106 β x α β x dn dt = k att n e n n k r n + n, k r ( dn dt = 0) n = k attn e n n k r n +. n n n n + n e α << 1

107 6 β

108 6 β β β

109 3 6 x µa β β x 6 β 6 β

110 6 β β

111 I e I e = e n e v e A. 2e(hν EA) v e =. m e 16 3 n n = 1 ea 0 I LP D (t)dt m 3, 3 6

112 S S S V p V f S S ± S S S S S

113 S x β x S β β = I e I DC S = I+ I DC = I+ I e + I, S x

114 S S z S x 6 ϕ S x S x S 6 y

115

116 S 6 6 x y 2

117 2 n e T e V p 6 6

118 6

119 y x 6 x y 6

120 6 x 6

121 S 6 x S β x S y ± y S S y S S y y y

122 y y 6 y x y 6

123 y

124 3

125 x e = en e derive, derive derive = B 2 + p en e B 2, p 1 e 16 3 n e 15 3 e e

126

127 S 6

128 Chapitre

129

130

131 ϕ ext l ϕ ext l ϕ ext l ϕ int l ϕ ext l ϕ ext l ϕ int l ϕ ext ϕ int 2 17

132 2

133 θ r θ r z r

134

135 T g 1 A g 2 T g A g

136 6 1 3 Ω

137 0 6 0 Ω Ω

138 18 3

139 θ r δ δ = c me ε 0 = c w pe n e e 2, w pe z r z θ 2 r r

140 θ r r θ θ r ± θ 17 3 θ

141 θ r e θ 3 z θ z

142 S θ 6 6 θ ±0.1 θ 15 ± S θ 6 z 2π 3

143 S 6 6 6

144 6 6 ±

145 Ω r r θ H + 3 6

146 6 ± H 6 + H 6 ± r r 6 ± r r + 3 r

147 r 3 6 ±

148 6 2 H H 6

149 H β β α β 16 3

150 S S

151 ± 6 2 +

152 Annexe λ nn λ nn = 1 n n σ nn = k BT n pσ nn, σ nn σ nn = πd 2 d ν λ = v ν, v λ ei = (4πε 0) 2 m 2 ev 4 e 4πn e Z i e 4 ( Λ ei ) 1, λ ei Λ λ ii = (4πε 0) 2 m 2 i v4 e 4πn i Z i e 4 ( Λ ii ) 1. λ ee = v e ϵ e, n e ( T ϵ e e n e )

153 ϵ e Xe + e k ion Xe + + e + e, k ion T e e k ion = v e (( T e T 2 e )e ( /T e) ) 10 20, e k ion = v e (6.386 e ( /Te) T 2 e ) Xe + + e + e k rec Xe + e. k rec dn e dt = k ionn e n g k rec n e n i, n i n e = 2 (2πm ek B T e ) (3/2) g(xe + ( ) n g h 3 g(xe) exp E ) i. k B T e h g k rec n e T e

154 λ λ λ λ λ

155 P tr P tr = P Ampl P refl, P Ampl P refl P D P D = P tr R 0 I 2 ant, R 0 = 3 Ω I ant P T E = P D P tr = P tr R 0 I 2 ant P tr. 6 6 n = I t acq S e v i, n = t acq Se 0 I(v i )dv i,

156 6 6 6

157 6 t acq

158 Annexe 6 6 λ = T n

159

160

161 6

162

163 4 n n

164 6 3 6 e

165

166

167 6 6

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