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■035    ▼a(MiAaPQ)STANFORDxc308gw6135
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a770
■1001  ▼aMarcovati,  Andrea.
■24510▼aDynamics  of  Rotating  Structures  in  a  Magnetized  Plasma  Discharge▼h[electronic  resource]
■260    ▼a[S.l.]▼bStanford  University.  ▼c2023
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2023
■300    ▼a1  online  resource(176  p.)
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  84-12,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Hara,  Ken;Raitses,  Yevgeny;Cappelli,  Mark.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Stanford  University,  2023.
■506    ▼aThis  item  must  not  be  sold  to  any  third  party  vendors.
■520    ▼aAzimuthally  propagating  instabilities,  in  the  form  of  regions  of  higher  plasma  density,  are  sometimes  seen  propagate  in  Hall  thrusters  and  other  magnetized  discharges.  These  structures,  termed  spokes,  have  been  linked  to  an  increase  in  axial  electron  mobility  and  are  thought  to  play  a  role  in  breathing  mode  oscillations  that  are  known  to  lead  to  unsteady  behaviour  and  premature  shutdown.  The  goal  of  this  work  is  to  understand  the  physics  behind  the  spokes  and  study  the  conditions  for  their  formation  and  control  their  propagation.Two  small  ring-shaped  magnetized  discharges  (5  mm  and  19  mm  in  diameter)  form  inside  two  configurations,  that  differ  only  in  size,  of  a  device  designed  to  promote  the  exclusive  growth  of  the  same  spokes  observed  in  Hall  thrusters  while  being  much  easier  to  operate.  Two  main  diagnostic  techniques  are  used:  high-speed  imaging,  through  a  transparent  layer  of  Indium  Tin  Oxide  (ITO)  constituting  the  anode,  and  anode  segmentation  current  measurements,  obtained  by  segmenting  the  anode  into  electrically  isolated  regions.  Both  diagnostic  techniques  reveal  the  presence  of  spokes  azimuthally  propagating  along  the  discharge  ring  in  the  frequency  range  100  kHz  to  10  MHz  when  operating  with  argon  gas.  A  spectral  analysis  of  the  current  traces  using  wavelet  decomposition  reveals  the  presence  of  higher-order  harmonics,  undetectable  by  the  camera,  which  are  sometimes  observed  propagating  at  the  same  phase  velocity  as  the  spokes  under  conditions  of  high  obstruction.A  theoretical  framework  is  developed  to  model  the  propagation  of  the  spokes  as  a  saturated  instability  wave.  The  linear  perturbation  analysis  of  the  equations  leads  to  an  analytical  form  of  the  wave  dispersion  relation  which  reveals  the  instability  conditions  and  is  shown  to  be  in  agreement  with  experimental  results.  The  different  magnetization  states  of  electrons  and  ions  is  identified  to  be  the  cause  of  the  formation  of  the  instability  while  the  presence  of  property  gradients  is  shown  to  provide  the  "free  energy"  that  enables  the  instability  to  grow  into  distinct  structures.Experimentally,  operating  conditions  are  varied  to  characterize  how  the  propagation  of  these  plasma  structures  is  influenced  by  the  various  parameters.  Discharge  current  and  distance  between  electrodes  are  found  to  be  the  parameters  to  which  their  propagation  is  most  sensitive.  At  lower  currents  and  distance  between  electrode  plates,  the  propagation  of  the  spokes  is  observed  to  be  in  the  negative  E  x  B  direction,  defined  by  the  applied  magnetic  and  electric  fields  with  the  latter  assumed  to  be  cathode-bound.  Two  distinct  regimes  are  identified  at  low  and  high  currents  promoting  negative  and  positive  E  xB  propagating  instabilities  respectively.  Conditions  are  varied  to  characterize  how  the  threshold  current,  that  separates  the  two  regimes,  varies  with  distance  between  electrodes  and  background  pressure.  The  V-I  characteristics  obtained  for  the  large  magnetron  configuration  reveal  a  negative  electrical  resistance  at  lower  currents  that  is  believed  to  be  caused  by  an  anomalous  flux  of  anodebound  ions  which  contributes  negatively  to  the  total  current.  A  theoretical  model  suggests  this  rotation  inversion  to  be  caused  by  the  large  density  gradients  that  are  promoted  by  low  currents  and  can  lead  to  an  inversion  of  the  local  electric  field.  Furthermore,  the  model  suggests  that  the  local  inverted  electric  field  increases  in  magnitude  when  the  discharge  current  is  decreased  which  leads  to  a  higher  anomalous  ion  flux  at  lower  currents  which  can  explain  the  negative  electrical  resistance.
■590    ▼aSchool  code:  0212.
■650  4▼aCameras.
■650  4▼aViscosity.
■650  4▼aCharged  particles.
■650  4▼aMagnetic  fields.
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■650  4▼aPhysics.
■650  4▼aPlasma  physics.
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■690    ▼a0605
■690    ▼a0759
■71020▼aStanford  University.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g84-12B.
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■790    ▼a0212
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2023
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T16931976▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.
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