Rotationsauflösende Laserspektroskopie - CFEL at DESY

36 3. Molekularstrahlen
Hintergrunddruck Pr
Kompressionswellen
Machscheibe
P0, T0
Expansionsfächer M ≫ 1 M < 1
M = 1
M ≪ 1 Fluß
Düsenstrahlgrenze
M > 1
M > 1
Abbildung 3.1: Schematische Darstellung einer Überschallexpansion.
3.2 Geschwindigkeitsverteilungen
Ein Überschalldüsenstrahl bildet sich aus, wenn ein Gas aus einem Bereich
hohen Drucks Pr durch eine kleine Öffnung mit dem Durchmesser d ins Vakuum
(mit Druck P b) expandiert wird. Der Druck wird so hoch gewählt, dass
die mittlere freie Weglänge der Teilchen in der Öffnung sehr viel kleiner ist
als der Durchmesser der Öffnung. Dann finden während der Expansion viele
Stöße statt, wodurch die schnelleren Moleküle einen Teil ihrer kinetischen
Energie an die langsamer fliegenden abgeben, was zu einer starken Einengung
der Geschwindigkeitsverteilung und einer Verschiebung u gegenüber
der Maxwell-Boltzmann-Verteilung in einem effusiven Strahl führt (siehe Abbildung
3.2 auf der gegenüberliegenden Seite). Bei der Expansion aus einem