Medida da temperatura de íons em um propulsor a plasma do tipo hall via espectroscopia óptica

Abstract

A espectroscopia é uma das técnicas mais empregadas para o estudo de plasmas principalmente por se tratar de um método não intrusivo. Outras técnicas de diagnóstico de plasmas com sondas emissivas e analisadores de energia, realizam as medidas mas interferem nas configurações de campo bem como no próprio plasma, esfriando-o e promovendo recombinação de íons. Por outro lado, dados obtidos por espectroscopia permitem a caracterização de inúmeros fenômenos físicos tais como a temperatura de íons e composição do plasma. Dados de densidade de plasma, distribuição de velocidades e direção do fluxo do plasma são baseados no alargamento das linhas espectrais que são medidos diretamente com espectroscopia óptica. É possível também, utilizando técnicas de espectroscopia, medir efeitos como Stark e Zeeman bem como sua contribuição para o perfil da linha espectral obtida experimentalmente. Neste projeto desenvolveu-se um sistema de diagnóstico baseado em espectroscopia óptica aplicado a um propulsor a plasma por efeito Hall, PHALL- 01, do laboratório de plasma do IF-UnB. Foram realizadas tomadas de dados do espectro em toda região do visível (3000 a 8000 °A). Posteriormente verificou-se os picos mais persistentes classificando-os afim de se obter a composição do plasma. Realizou-se a medida do alargamento Doppler para o cálculo da temperatura de íons. Caracterizou-se também o plasma do PHALL-01 de forma a se estabelecer um regime estável e ideal de operação para que se estime a aplicabilidade deste tipo de propulsor e sua qualificação espacial. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Spectroscopy is one of the most used techniques concerning the study of plasma, owning particulary to the fact that it is a non-intrusive method. Others plasma diagnostic techniques with emissive probe and energy analyzers perform the desired measurement but interfere in the field configuration as well as in plasma itself provoking plasma cooling and ions recombination. On the other hand spectroscopy obtained data, allows characterization of many physical features such ions temperature and plasma composition. Density plasma data, velocity distribution and plasma flux direction are based on spectral lines broaden witch are measured directly from optical spectroscopy. By using spectroscopy techniques it is also possible to measure effects such as Stark and Zeeman’s as well as their contribution to experimental obtained spectral line profile. In this project it was developed an optical spectroscopy based system applied to the Plasma Hall Thruster PHALL-01 of UnB’s Plasma Laboratory. Data acquisition took place through the entire visible range (3000 to 8000 °A). Following, it was carried out a verification and subsequent classification of the most often appearing peaks for means of obtaining plasma composition. Doppler enlargement measurements were applied in order to calculate ions temperature. The PHALL-01’s plasma was also characterized so as to establish an ideal stable operation regime to estimate the applicability of this kind of thruster as well as its spatial qualification.