離子電推進(jìn)物理

目錄
叢書序
前言
第1章 離子電推進(jìn)概念
1.1 空間電推進(jìn)及特點(diǎn) 001
1.1.1 火箭推進(jìn)原理與火箭方程 001
1.1.2 比沖的定義及其意義 002
1.1.3 空間電推進(jìn)的概念 004
1.2 離子電推進(jìn)工作原理 007
1.2.1 離子電推進(jìn)的工作原理及分類 007
1.2.2 離子電推進(jìn)工作過程的物理解析 008
1.2.3 離子電推進(jìn)的技術(shù)特點(diǎn) 010
1.3 離子電推進(jìn)物理概要 013
參考文獻(xiàn) 014
第2章 氣體放電與氣體擊穿
2.1 氣體放電 015
2.1.1 氣體放電定義及分類 015
2.1.2 氣體放電伏安特性 016
2.1.3 氣體放電相似性原理 017
2.1.4 混合氣體電離 022
2.2 氣體擊穿 023
2.2.1 氣壓和間距對(duì)氣體擊穿的影響 024
2.2.2 雜質(zhì)氣體對(duì)擊穿電壓的影響 025
2.2.3 影響擊穿的其他因素 028
2.3 氣體放電中的帶電粒子 029
2.3.1 帶電粒子的產(chǎn)生 029
2.3.2 帶電粒子的消失 033
2.4 氣體放電粒子間相互作用 037
2.4.1 彈性碰撞 037
2.4.2 非彈性碰撞 041
2.5 帶電粒子在氣體中的運(yùn)動(dòng) 044
2.5.1 熱運(yùn)動(dòng) 044
2.5.2 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 046
2.5.3 漂移運(yùn)動(dòng) 048
2.5.4 雙極性擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 053
參考文獻(xiàn) 055
第3章 等離子體產(chǎn)生原理及方法
3.1 氣體放電概述 057
3.1.1 氣體放電中的碰撞過程 057
3.1.2 磁場(chǎng)對(duì)碰撞的影響 059
3.1.3 低溫離子源 059
3.2 直流放電 060
3.2.1 電暈放電 061
3.2.2 輝光放電 062
3.2.3 弧光放電 063
3.3 射頻放電 065
3.3.1 射頻等離子體基本定義和分類 065
3.3.2 射頻等離子體源的功率饋入 066
3.3.3 射頻等離子體源的電磁模型 067
3.3.4 射頻等離子體源變壓器模型 070
3.4 微波放電 072
3.4.1 微波等離子體基本定義和擊穿條件 072
3.4.2 微波放電等離子體的特點(diǎn) 074
3.4.3 微波等離子體發(fā)生器的工作原理 075
3.5 螺旋波放電 076
3.5.1 天線耦合 077
3.5.2 螺旋波模式存在的條件 078
3.5.3 波功率的吸收：加熱 079
3.5.4 EHW模式轉(zhuǎn)換 082
3.6 等離子體中電磁波的傳輸特性 083
3.6.1 電磁波在非磁化等離子體中的傳播 083
3.6.2 電磁波在磁化等離子體中的傳播 086
參考文獻(xiàn) 089
第4章 基礎(chǔ)低溫等離子體物理
4.1 低溫等離子體的基本概念 091
4.1.1 等離子體的定義及其分類 091
4.1.2 低溫等離子體的應(yīng)用 092
4.2 低溫等離子體常用特征參量 093
4.2.1 等離子體基本參量 093
4.2.2 等離子體的幾個(gè)特征參量 095
4.2.3 等離子體的準(zhǔn)中性 096
4.3 低溫等離子體運(yùn)動(dòng)學(xué) 100
4.3.1 等離子體運(yùn)動(dòng)方程 100
4.3.2 等離子體的熱運(yùn)動(dòng) 102
4.3.3 等離子體的擴(kuò)散——粒子輸運(yùn) 104
4.3.4 等離子體熱傳導(dǎo)和黏滯過程——能量和動(dòng)量輸運(yùn) 106
4.4 等離子體約束邊界物理 107
4.4.1 玻姆鞘 108
4.4.2 預(yù)鞘 109
4.4.3 CL鞘 110
4.4.4 雙鞘 111
4.4.5 半開放邊界 113
4.5 離子束流物理 115
4.5.1 正離子束流的中和 116
4.5.2 射流等離子體的傳輸 118
參考文獻(xiàn) 120
第5章 電磁場(chǎng)中的等離子體運(yùn)動(dòng)學(xué)
5.1 帶電粒子在均勻靜態(tài)電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 122
5.1.1 帶電粒子在均勻靜電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 122
5.1.2 帶電粒子在均勻靜磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 123
5.1.3 帶電粒子在均勻靜態(tài)電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 125
5.2 帶電粒子在非均勻靜態(tài)電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 128
5.2.1 帶電粒子在非均勻靜電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 128
5.2.2 帶電粒子在非均勻靜磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 128
5.2.3 帶電粒子在非均勻靜態(tài)電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 130
5.3 帶電粒子在時(shí)變電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 132
5.3.1 帶電粒子在緩慢變化電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 132
5.3.2 帶電粒子在隨時(shí)間任意變化電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 133
5.3.3 帶電粒子在時(shí)間變化磁場(chǎng)和空間變化電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 139
5.4 電磁場(chǎng)中的等離子體輸運(yùn)理論 141
5.4.1 等離子體輸運(yùn)的一般理論 141
5.4.2 無(wú)磁場(chǎng)時(shí)等離子體的輸運(yùn)特性 143
5.4.3 均勻穩(wěn)恒磁場(chǎng)中等離子體的輸運(yùn)系數(shù) 148
參考文獻(xiàn) 152
第6章 離子光學(xué)物理
6.1 帶電粒子光學(xué)基礎(chǔ) 153
6.1.1 靜電透鏡 153
6.1.2 雙柵離子光學(xué)原理 155
6.1.3 空間電荷效應(yīng) 156
6.2 單級(jí)離子光學(xué)系統(tǒng)聚焦物理 161
6.2.1 離子束聚焦原理 161
6.2.2 過聚焦與欠聚焦 164
6.2.3 曲面離子光學(xué)邊緣聚焦補(bǔ)償 165
6.3 單級(jí)離子光學(xué)系統(tǒng)的加速物理 169
6.3.1 單荷離子加速 169
6.3.2 多荷離子和電荷交換離子影響 170
6.3.3 電子反流 173
6.4 多級(jí)離子光學(xué)系統(tǒng)物理 176
6.4.1 多級(jí)離子光學(xué)系統(tǒng) 176
6.4.2 雙級(jí)加速離子光學(xué)系統(tǒng)的離子聚焦和離子加速 179
參考文獻(xiàn) 180
第7章 空心陰極物理
7.1 空心陰極基本概念 181
7.1.1 陰極及分類 181
7.1.2 空心陰極工作原理 182
7.2 空心陰極熱電子發(fā)射物理 183
7.2.1 熱電子發(fā)射 183
7.2.2 鎢基體氧化鋇的電子發(fā)射 184
7.2.3 LaB6 材料電子發(fā)射 186
7.3 空心陰極工作過程物理 187
7.3.1 擊穿放電點(diǎn)火過程 187
7.3.2 等離子體物理過程 189
7.3.3 熱過程物理 195
7.3.4 半經(jīng)驗(yàn)分析模型 202
7.4 空心陰極損耗與退化 208
7.4.1 發(fā)射體損耗過程 208
7.4.2 觸持極損耗過程 211
7.4.3 空心陰極中毒 213
參考文獻(xiàn) 215
第8章 材料物理及其表面過程
8.1 離子推力器材料及界面的基本問題 217
8.1.1 離子推力器基本結(jié)構(gòu)及工作原理 217
8.1.2 離子推力器的特殊材料 218
8.1.3 離子推力器材料與等離子體的界面效應(yīng) 221
8.2 離子電推進(jìn)關(guān)鍵組件材料物理 223
8.2.1 永磁材料 223
8.2.2 柵極材料 228
8.2.3 空心陰極材料 232
8.3 載能離子與材料的相互作用 239
8.3.1 載能離子濺射 239
8.3.2 高能粒子轟擊引發(fā)的二次電子發(fā)射 243
8.3.3 材料表面能量沉積 247
8.4 材料表面場(chǎng)擊穿物理過程 250
8.4.1 真空環(huán)境下的電極表面場(chǎng)擊穿物理 250
8.4.2 氣體環(huán)境對(duì)表面擊穿的影響 253
8.4.3 等離子體環(huán)境對(duì)表面擊穿的影響 255
參考文獻(xiàn) 258
第9章 數(shù)值計(jì)算基本方法
9.1 基本數(shù)值計(jì)算問題與數(shù)理方程 260
9.1.1 數(shù)值模擬必要性 260
9.1.2 數(shù)值模擬基本問題 260
9.1.3 數(shù)理方程和邊界條件 261
9.1.4 數(shù)值模擬方法 263
9.2 有限差分計(jì)算方法 264
9.2.1 有限差分計(jì)算方法簡(jiǎn)介 264
9.2.2 離子推力器放電室磁場(chǎng)的有限差分計(jì)算模型 265
9.3 有限元計(jì)算方法 267
9.3.1 有限元計(jì)算方法簡(jiǎn)介 267
9.3.2 雙柵極離子引出的有限元計(jì)算模型 268
9.4 隨機(jī)抽樣計(jì)算方法 270
9.4.1 隨機(jī)抽樣計(jì)算方法簡(jiǎn)介 270
9.4.2 隨機(jī)抽樣計(jì)算模型 271
9.5 PIC方法 272
9.5.1 PIC方法簡(jiǎn)介 272
9.5.2 四柵極離子引出的PIC計(jì)算模型 273
9.6 流體計(jì)算方法 276
9.6.1 流體計(jì)算方法簡(jiǎn)介 276
9.6.2 原子傳輸?shù)牧黧w計(jì)算模型 278
9.7 混合模擬方法 279
9.7.1 混合模擬方法簡(jiǎn)介 279
9.7.2 柵極濺射刻蝕混合計(jì)算模型 280
參考文獻(xiàn) 284
附錄 氙原子的激發(fā)和電離反應(yīng)方程式 285
符號(hào)表 288