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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
Supervisors
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
applicazione nelle cosiddette Sorgenti Ioniche a Metallo Liquido (Liquid Metal Ion Sources, LMIS) nel campo, ad
esempio, della microlitografia o della spettrometria di massa a ioni secondari. Uno dei caratteri distintivi di questo
meccanismo di produzione di ioni è la dimensione ridotta della regione emittente, limitata essenzialmente a un cono di
dimensioni micrometriche. La massima corrente estraibile dal singolo cono senza produrre riscaldamenti localizzati e
fenomeni idrodinamici distruttivi è dell’ordine di pochi microA, valore in generale troppo basso per molte delle
applicazioni di tipo spaziale. Tuttavia, la singola sorgente elementare può essere replicata in gran numero, sfruttando la
formazione spontanea di microprotrusioni su superfici liquide lineari o piane dovuta all’equilibrio fra le azioni di segno
opposto del campo elettrico e della tensione superficiale. E’ quindi possibile concepire sorgenti estese capaci di estrarre
correnti ioniche intense e produrre spinte relativamente elevate, col solo limite delle dimensioni fisiche della sorgente.
Un propulsore elettrico basato sulle LMIS ed operante nel campo dei kW presenta svariate caratteristiche attraenti
rispetto ai motori a ioni con griglie e ai motori ad effetto Hall. Un tale propulsore si presta particolarmente bene
all’impiego ad alta potenza e ad alto impulso specifico e risulta quindi un candidato ideale per alcune classi di missioni
spaziali, come le missioni di trasferimento interplanetario.
La ricerca documentata con il presente lavoro è stata rivolta all’obiettivo di individuare, realizzare e sperimentare una
serie di configurazioni di sorgenti ioniche a metallo liquido potenzialmente adatte alla produzione di spinte elevate,
basate su diversi meccanismi di formazione dei siti di emissione ionica. In seguito ad un’approfondita analisi della
letteratura esistente sono stati elaborati modelli teorici per predire il comportamento delle configurazioni prese in esame.
I modelli sono stati validati attraverso il confronto con i risultati sperimentali, incoraggianti anche se preliminari. La
prospettiva più interessante per sviluppi futuri verso propulsori LMIS ad alta spinta sembra offerta dall’uso di superfici
microstrutturate, come ad esempio membrane microforate, per la generazione di una matrice ad alta densità di siti
preferenziali di emissione.
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