Una posible alternativa a la eliminación activa de desechos (ADR) mediante láser es la propulsión ablativa mediante un haz de electrones transmitido de forma remota (e-haz). La ablación con haz de e-se ha utilizado ampliamente en las industrias y podría proporcionar una mayor eficiencia energética general de un sistema ADR y un coeficiente de acoplamiento de impulso-más alto que la ablación con láser. Sin embargo, transmitir un haz e-de manera eficiente a través del plasma de la ionosfera a una larga distancia (10 m-100 km) y enfocarlo para mejorar su intensidad por encima del umbral de ablación de los materiales de desecho son nuevos desafíos técnicos que requieren métodos novedosos de acciones externas para respaldar la transmisión del haz.
Por lo tanto, investigadores de la Universidad Metropolitana de Osaka realizaron un estudio preliminar de los desafíos, divergencias e inestabilidades relevantes de un haz de e-en una atmósfera ionosférica y los identificaron cuantitativamente mediante simulaciones numéricas. Se realizaron simulaciones de partículas-en-células sistemáticamente para aclarar la divergencia y la inestabilidad de un haz de e-en un plasma ionosférico.
Los principales fenómenos, la divergencia y la inestabilidad, dependieron de las densidades del haz e-y de la atmósfera. La densidad del haz e-se estableció ligeramente diferente de la densidad del plasma ionosférico en el rango de 1010a 1012 m−3. La velocidad del haz e-se cambió de 106a 108m/s, en un rango no relativista.
Los resultados revelaron que los haces e-e no relativistas de densidad de 1010a 1012 m−3emitido en plasmas ionosféricos de densidad de 1010a 1012 m−3experimente la transición laminar-a-turbulenta. La turbulencia debe originarse en la inestabilidad de dos-corrientes de electrones/iones del haz porque la longitud de transición puede aproximarse mediante la fórmula teórica de la inestabilidad de dos-corrientes.
En la región laminar se suprimió la expansión lateral del haz de electrones en el plasma. Se cuantificó por primera vez el factor de compresión de la viga. Estos resultados indican que para el uso de haces de e-para aplicaciones ADR, la región laminar con divergencia suprimida puede ser beneficiosa para un enfoque y ablación eficientes, pero la turbulencia debida a las inestabilidades del plasma debe considerarse en el diseño del sistema ADR.
