Eine mögliche Alternative zur aktiven Trümmerentfernung (ADR) mittels Laser ist der ablative Antrieb durch einen fernübertragenen Elektronenstrahl (e{0}}-Strahl). Die Elektronenstrahlablation ist in der Industrie weit verbreitet und könnte zu einer höheren Gesamtenergieeffizienz eines ADR-Systems und einem höheren Impuls{3}}Kopplungskoeffizienten als die Laserablation führen. Die effiziente Übertragung eines e--Strahls durch das Ionosphärenplasma über eine große Entfernung (10 m–100 km) und seine Fokussierung zur Erhöhung seiner Intensität über die Ablationsschwelle von Trümmermaterialien hinaus stellen jedoch neue technische Herausforderungen dar, die neuartige Methoden externer Maßnahmen zur Unterstützung der Strahlübertragung erfordern.
Daher führten Forscher der Osaka Metropolitan University eine Vorstudie zu den relevanten Herausforderungen, Divergenzen und Instabilitäten eines Elektronenstrahls in einer ionosphärischen Atmosphäre durch und identifizierten diese quantitativ durch numerische Simulationen. Partikel-in--Simulationen wurden systematisch durchgeführt, um die Divergenz und die Instabilität eines e--Strahls in einem ionosphärischen Plasma zu klären.
Die Hauptphänomene Divergenz und Instabilität hingen von der Dichte des E--Strahls und der Atmosphäre ab. Die e--Strahldichte wurde geringfügig anders als die Dichte des ionosphärischen Plasmas im Bereich von 10 eingestellt10bis 1012 m−3. Die e-Strahlgeschwindigkeit wurde von 10 geändert6bis 108m/s, in einem nichtrelativistischen Bereich.
Die Ergebnisse zeigten, dass nichtrelativistische E--Strahlen eine Dichte von 10 haben10bis 1012 m−3emittiert in ionosphärischen Plasmen mit einer Dichte von 1010bis 1012 m−3Erleben Sie den laminaren -zu-turbulenten Übergang. Die Turbulenz sollte von der Strahlelektronen/Ionen-Zwei--Strömungsinstabilität herrühren, da die Übergangslänge durch die theoretische Formel der Zwei--Strömungsinstabilität angenähert werden kann.
Im laminaren Bereich wurde die laterale Ausbreitung des Elektronenstrahls im Plasma unterdrückt. Der Strahlkompressionsfaktor wurde erstmals quantifiziert. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass bei der Verwendung von Elektronenstrahlen für ADR-Anwendungen der laminare Bereich mit unterdrückter Divergenz für eine effiziente Fokussierung und Ablation von Vorteil sein kann, die Turbulenzen aufgrund von Plasmainstabilitäten jedoch beim ADR-Systemdesign berücksichtigt werden müssen.
