This paper presents recent efforts to better understand and quantify charged particle transport in Hall effect thrusters (HETs). Particle-in-cell (PIC) models, hybrid models, laser induced fluorescence (LIF) measurements and collective scattering (CS) experiments are combined to get a better insight into anomalous electron transport in HETs and to increase the predictive capabilities of simulation codes.PIC models have demonstrated that plasma turbulence associated with the development of a high frequency, short wavelength azimuthal instability can be responsible for anomalous transport. Scaling laws for anomalous electron mobility have not yet been derived and hybrid models, which are more practical than PIC models for parametric studies, must use empirical, adjustable transport coefficients that can be inferred from PIC results or LIF measurements of the ion velocity distribution function. CS experiments are aimed at validating the PIC model predictions of the azimuthal instability. The CS results show the first direct experimental evidence of the azimuthal instability predicted by the PIC code. The paper illustrates the synergy between experiments and models toward a complete and quantitative understanding of the physics of HETs.
本論文は、ホール効果スラスタ（HET）における荷電粒子輸送をより深く理解し、定量化するための最近の取り組みを紹介するものである。粒子インセル（PIC）モデル、ハイブリッドモデル、レーザー誘起蛍光（LIF）測定、および集団散乱（CS）実験を組み合わせることで、HETにおける異常電子輸送への理解を深め、シミュレーションコードの予測能力を向上させることを目指している。PICモデルは、高周波・短波長の方位角方向不安定性に伴うプラズマ乱流が異常輸送の原因となり得ることを実証してきた。異常電子移動度に関するスケーリング則はまだ導出されておらず、パラメトリック研究においてPICモデルよりも実用的なハイブリッドモデルは、PICの結果やイオン速度分布関数のLIF測定から推定される経験的・調整可能な輸送係数を用いる必要がある。CS実験は、方位角方向不安定性に関するPICモデルの予測を検証することを目的としている。CSの結果は、PICコードが予測した方位角方向不安定性の初の直接的な実験的証拠を示すものである。本論文は、HETの物理の完全かつ定量的な理解に向けた、実験とモデルの相乗効果を示している。