Sviluppo di un modello collisionale Monte Carlo accoppiato con un modello Particle-In-Cell per la simulazione numerica di un Cathode-less RF plasma thruster = Development of a Monte Carlo collision model coupled with a Particle-In-Cell model for a Cathode-less RF plasma thruster numerical simulation

Lo scopo principale di questo progetto di tesi è la simulazione numerica di plasmi collisionali tipici dell'Helicon Plasma Thruster (HPT). Questo è un propulsore elettrico con una struttura semplice, poiché sono assenti sia elettrodi immersi nel plasma sia neutralizzatori, e di conseguenza è vantaggioso in termini di compatibilità, costo e durata di vita operativa. La generazione del plasma è possibile tramite un'antenna a radiofrequenza all'interno di una camera di scarica di materiale dielettrico. E' presente un campo magnetico necessario per il confinamento del plasma e per la propagazione delle onde Helicon all'interno della camera di scarica. Esso è anche responsabile dell'accelerazione del plasma grazie all'effetto di ugello magnetico. Recentemente, un codice quasi-2D PIC è stato sviluppato dall'azienda T4i S.r.l. in collaborazione con l'Università di Padova ed è stato accoppiato ad un modello zero-dimensionale per la simulazione numerica del propulsore. Nel presente lavoro di tesi è stata sviluppata una nuova versione del codice quasi-2D PIC, studiando e validando nuovi algoritmi per includere nel modello le interazioni tra le particelle. In particolare, il codice PIC è stato modificato introducendo la rappresentazione delle particelle neutre e l'interpolazione del loro moto; è stato sviluppato un modello collisionale Monte Carlo (MCC) che tratta le interazioni tra particelle cariche e particelle neutre in modo coerente ed efficace. Il nuovo modulo collisionale è stato rigorosamente testato usando diversi test per provare la sua validità. I risultati includono un'analisi delle simulazioni eseguite e un confronto con il modello allo stato dell'arte. Il progetto presentato è stato portato avanti in collaborazione con l'azienda T4i S.r.l., che è uno spin-off dell'Università di Padova.