plasmatis - INP Greifswald

Geschichtete Mikroentladungen
Problemstellung
Die Stabilität und reproduzierbarkeit eines Plasmas ist äußerst
wichtig für seinen industriellen Einsatz. Ein interessantes
Phänomen, das erstmalig an transienten Mikroentladungen
bei Atmosphärendruck beobachtet werden konnte, war
das Auftreten von stehenden Schichten in Einzelfilamenten
einer asymmetrischen, dielektrisch behinderten Entladung
in Argon. Die charakterisierung des Existenzbereiches dieser
Schichten stellt die grundlage dar, geeignete und wohldefinierte
Plasmen zu erzeugen.
Lösungsansatz
Durch systematische variation der Betriebsparameter sollen
die Existenzbereiche geschichteter Mikroentladungen ermittelt
werden. Die raum-zeitliche Entwicklung der geschichteten
Mikroentladungen soll erfasst werden und Aufschluss
über den charakter der Entladung liefern. Die experimentelle
Ermittlung relevanter Parameter soll plasmaphysikalische
ähnlichkeitsbetrachtungen ermöglichen, die durch die Anwendung
hydrodynamischer und elektronenkinetischer Modelle
ergänzt werden.
Technologischer Nutzen
Durch die Arbeiten werden die Gültigkeit und die Grenzen
bekannter ähnlichkeitsgesetze nachgewiesen bzw. betrachtet.
Die Anwendung von ähnlichkeitsgesetzen kann zukünftig
das Design und den Aufbau anwendungsrelevanter
Atmosphärendruckplasmaquellen unterstützen und deren
Effektivität steigern. Des Weiteren liefern die Arbeiten Betriebsparameterbereiche
für den stabilen, reproduzierbaren
Plasmabetrieb, wie er auch in vielen Anwendungen benötigt
wird. Die erarbeiteten Simulationstools können anschließend
für die Modellierung von Prozessplasmen eingesetzt
werden.
FOrSchUngSSchWErPUnKt - SchADStOFFABBAU
Wissenschaftliche Ergebnisse 2010/2011
Die Existenzbereiche geschichteter Mikroentladungen konnten
ermittelt werden. Sie sind durch die Wahl der Betriebsparameter
gasdurchsatz und Amplitude der Betriebsspannung
bestimmt. Die raum-zeitliche Entwicklung der geschichteten
Mikroentladungen konnte durch simultane Erfassung des
Entladungsstromes und der räumlichen Entladungsstruktur
mittels intensivierter ccD-Kamera erfasst werden. Durch
eine Parameterbetrachtung konnte die plasmaphysikalische
ähnlichkeit zur geschichteten Säule einer gleichstrom-Mitteldruckentladung
gezeigt werden. Die Analyse der Kinetik
der Elektronen basierend auf der Lösung der Elektronen-
Boltzmanngleichung zeigte, dass die Ausbildung der Schichten
durch die räumliche relaxation der Elektronen aufgrund
einer lokalen Störung im Kathodenfallgebiet hervorgerufen
wird. Die hydrodynamische Modellierung verdeutlichte, dass
diese einem periodischen Verhalten unterliegt.
Entladungszelle und Beispiel einer geschichteten Mikroentladung
Räumliche Entwicklung der Dichte und mittleren Energie der Elektronen
(Modell)
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