ETD system

Electronic theses and dissertations repository

 

Tesi etd-05202010-101827


Thesis type
Tesi di dottorato di ricerca
Author
GIUSTI, NICOLA
URN
etd-05202010-101827
Title
Sorgenti ioniche a metallo liquido per applicazioni propulsive ad alta spinta
Settore scientifico disciplinare
ING-IND/07
Corso di studi
INGEGNERIA AEROSPAZIALE
Commissione
tutor Prof. Marcuccio, Salvo
Parole chiave
  • sorgenti ioniche
  • propulsione elettrica
  • membrane
  • FEEP
  • emissione ionica
  • emissione di campo
  • alta spinta
Data inizio appello
18/10/2007;
Consultabilità
completa
Riassunto analitico
L’emissione di ioni da un metallo liquido per effetto di campo è un fenomeno largamente investigato, che trova<br>applicazione nelle cosiddette Sorgenti Ioniche a Metallo Liquido (Liquid Metal Ion Sources, LMIS) nel campo, ad<br>esempio, della microlitografia o della spettrometria di massa a ioni secondari. Uno dei caratteri distintivi di questo<br>meccanismo di produzione di ioni è la dimensione ridotta della regione emittente, limitata essenzialmente a un cono di<br>dimensioni micrometriche. La massima corrente estraibile dal singolo cono senza produrre riscaldamenti localizzati e<br>fenomeni idrodinamici distruttivi è dell’ordine di pochi microA, valore in generale troppo basso per molte delle<br>applicazioni di tipo spaziale. Tuttavia, la singola sorgente elementare può essere replicata in gran numero, sfruttando la<br>formazione spontanea di microprotrusioni su superfici liquide lineari o piane dovuta all’equilibrio fra le azioni di segno<br>opposto del campo elettrico e della tensione superficiale. E’ quindi possibile concepire sorgenti estese capaci di estrarre<br>correnti ioniche intense e produrre spinte relativamente elevate, col solo limite delle dimensioni fisiche della sorgente.<br>Un propulsore elettrico basato sulle LMIS ed operante nel campo dei kW presenta svariate caratteristiche attraenti<br>rispetto ai motori a ioni con griglie e ai motori ad effetto Hall. Un tale propulsore si presta particolarmente bene<br>all’impiego ad alta potenza e ad alto impulso specifico e risulta quindi un candidato ideale per alcune classi di missioni<br>spaziali, come le missioni di trasferimento interplanetario.<br>La ricerca documentata con il presente lavoro è stata rivolta all’obiettivo di individuare, realizzare e sperimentare una<br>serie di configurazioni di sorgenti ioniche a metallo liquido potenzialmente adatte alla produzione di spinte elevate,<br>basate su diversi meccanismi di formazione dei siti di emissione ionica. In seguito ad un’approfondita analisi della<br>letteratura esistente sono stati elaborati modelli teorici per predire il comportamento delle configurazioni prese in esame.<br>I modelli sono stati validati attraverso il confronto con i risultati sperimentali, incoraggianti anche se preliminari. La<br>prospettiva più interessante per sviluppi futuri verso propulsori LMIS ad alta spinta sembra offerta dall’uso di superfici<br>microstrutturate, come ad esempio membrane microforate, per la generazione di una matrice ad alta densità di siti<br>preferenziali di emissione.
File