Studio dello sputtering ionico : messa a punto di un protocollo di misura della resa di sputtering

The use of plasma propulsion on satellites and space probes instead of chemical propulsion can significantly reduce the mass of propellant required for orbital maneuvers. The scope of this technology is therefore led to develop. The long-term effects of using the plasma propulsion on a satellite, however, are not currently foreseen with precision. In particular, the engines emit a beam of energetic xenon ions (few hundred eV) that can impact on some parts of the satellite and lead to erosion of some surfaces. The products of the erosion can then redeposit and contaminate other parts of the satellite causing a lowering of performance, for example in the case of optical surfaces. It is important to quantify this risk of erosion/contamination. Uncertainties on ion erosion force today to take excessive margins. A better understanding of the phenomena would allow better optimization and therefore lower costs. With the goal of producing experimental measurements and to better understand the phenomenon of ionic sputtering, the Département d'Environnement Spatial (DESP) of the ONERA of Toulouse has conceived the IDEFIXe installation (Installation Dédiée à l’Érosion sous un Flux d’Ions Xénon). The purpose of this thesis is to develop new tests in order to produce new sputtering yield measures and lobe emission measures to compare with the predictions of a simulation code developed by the DESP (Code de Simulation de la Pulvérisation Ionique). In particular, the main objective of the work is to develop a new measure protocol for the sputtering yield.

L’utilizzo della propulsione al plasma su satelliti e sonde spaziali in sostituzione della propulsione chimica permette di ridurre significativamente la massa di propellente necessaria per le manovre orbitali. Il campo di applicazione di questa tecnologia è quindi portato a svilupparsi. Gli effetti a lungo termine legati all’utilizzo della propulsione al plasma su un satellite non sono però al momento prevedibili con precisione. In particolare, i propulsori emettono un fascio di ioni energetici Xenon (qualche centinaio di eV) che può impattare su certe parti del satellite e portare all’erosione di alcune superfici esterne. I prodotti dell’erosione possono in seguito ridepositarsi e contaminare altre parti del satellite causando un abbassamento delle prestazioni, per esempio nel caso di superfici ottiche. E’ dunque importante quantificare questo rischio di erosione/contaminazione. Le incertezze sul fenomeno di erosione ionica obbligano oggigiorno a prendere dei margini eccessivi. Una miglior conoscenza dei fenomeni permetterebbe una migliore ottimizzazione e quindi una riduzione dei costi. Con l’obiettivo di produrre delle misure sperimentali e di meglio comprendere il fenomeno di sputtering ionico, il Département d'Environnement Spatial (DESP) dell’ONERA di Tolosa di è dotato dell’installazione IDEFIXe (Installation Dédiée à l’Érosion sous un Flux d’Ions Xénon). Lo scopo di questo lavoro di tesi è di riprendere in mano la parte delle prove sperimentali per produrre nuove misure di resa di sputtering e lobi di emissione da confrontare con le previsioni di un codice di simulazione sempre sviluppato dal DESP (Code de Simulation de la Pulvérisation Ionique). In particolare l’obiettivo principale del lavoro è di mettere a punto un nuovo protocollo di misura per la resa di sputtering.