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Plasmaphysik Montag eine im Plasma befindliche Induktivität, die magnetische Störungen senkrecht zum Magnetfeld B0 mit ˜ B/B0 ∼ 0.05 induziert. Um Informationen über die Dispersion und Dämpfung der Welle zu erhalten, wird mit ˙B-Sonden das magnetische Wellenfeld räumlich aufgelöst aufgezeichnet. Von besonderem Interesse ist der Einfluss der Alfvénwelle auf die Dynamik der Ionen, die während eines Wellenzuges sowohl durch E × ˜B Driften, als auch durch Polarisationsdrift direkt durch die Alfvénwelle beeinflusst wird. An VINETA wird auf die Ionendynamik mittels Laser induzierter Fluoreszenz geschlossen. Durch Messung der Ionenenergieverteilungsfunktion und ihrer Störungen werden Informationen zur Ionentemperatur und Ionendriften erhalten. Es werden detaillierte Messungen zur Dispersion der Alfvénwellen und zu der aus dem Wellenfeld resultierenden Störung der Ionendynamik vorgestellt. P 3.13 Mo 17:45 Foyer Doppler-freie optogalvanische Spektroskopie an Balmer-α mit Diodenlasern — •Munib Amin, Daniel Esch und Volkmar Helbig — Institut für Experimentelle und Angewandte Physik, Universität Kiel Zur Bestimmung der lokalen elektrischen Feldstärke in Niederdruckplasmen eignet sich der Starkeffekt z.B. von Wasserstofflinien. Bei bisherigen Untersuchungen in unserer Arbeitsgruppe /1/ war die minimal detektierbare Feldstärke durch den Dopplereffekt begrenzt, der die Bestimmung sehr kleiner Felder verhindert. Zur Steigerung der Auflösung wurden Doppler-freie Spektren mit Hilfe der intermodulierten optogalvanischen Spektroskopie registriert. /1/ siehe Beitrag von S. Herzog et al., diese Tagung P 3.14 Mo 17:45 Foyer Optogalvanische Feldstärkenmessung in Wasserstoff und Deuterium — •Daniel Esch 1 , Sandra Herzog 1 , Zhou Li 2 und Volkmar Helbig 1 — 1 Institut für Experimentelle und Angewandte Physik, Universität Kiel — 2 Fudan University, Shanghai, P. R. China Zur Bestimmung der lokalen elektrischen Feldstärke wurden optogalvanische Spektren der Doppler-verbreiterten Linienprofile der Balmer-α Linie von Wasserstoff im Kathodenfallgebiet einer Niederdruckgasentladung vermessen. Die Feldstärke läßt sich daraus durch einen Vergleich mit theoretischen Profilen gewinnen. Um kleine aber signifikante Unterschiede zwischen den experimentellen und den für Wasserstoff gerechneten Profilen zu erklären wurden Messungen mit Deuterium durchgeführt, um zu prüfen, ob die Vernachlässigung der Hyperfein-Struktur bei der Rechnung die beobachteten Unterschiede erklären kann. P 3.15 Mo 17:45 Foyer Spectroscopic Investigations of Projectile Electronic Structure in Ion Stopping Proccess — •Svitlana Korostiy 1 , Olga Rosmej 1 , Sergej Pikuz 2 , Vladimir Efremov 3 , Alexander Fertman 4 , Timofey Mutin 4 , Viacheslav Shevelko 5 , and Dieter H.H. Hoffmann 1 — 1 GSI - Darmstadt — 2 State University, Moscow — 3 IHED - Moscow — 4 ITEP - Moscow — 5 Lebedev Physical Institute, Moscow The connection between stopping matter density and the structure of the projectile bound electrons is under experimental and theoretical investigations. K-shell projectile radiation induced due to collisions of swift ions with target atoms was measured with high spectral and spatial resolution along the ion beam trajectory. Experiments on the interaction of 11,4 and 5.9 MeV/u Ar beam with SiO2 gels of 0.15, 0.04 g/cc mean densities and solid quartz were carried out at UNILAC facility at GSI- Darmstadt. The using of targets with low mean density allowed us to stretch the ion stopping length in solid up to 8 mm and to visualize the dynamics of the target bound electron capture. The results of spatially resolved spectroscopic measurements are discussed. P 3.16 Mo 17:45 Foyer 3D Monte Carlo simulation of radiation transfer for HID lamps — •P. Börner 1 , D. Reiter 1 , S. Wiesen 1 , M. Baeva 1 , H. Giese 2 , and M. Born 2 — 1 Institut für Plasmaphysik, Forschungszentrum Jülich GmbH, EURATOM Association, Trilateral Euregio Cluster, 52425 Jülich — 2 Philips Research Laboratories, 52066 Aachen The 3D Monte Carlo code EIRENE [1], widely applied in controlled nuclear fusion research for particle transport problems, has been adapted for radiation transfer (photon gas simulation), also for technical plasmas. It has been linked to a commercially available 3D finite element plasma fluid code (FIDAP) used to solve for the energy balance and flow fields in HID lamp plasmas. The goal is an improved predictive capability of this numerical HID model by eliminating some of the hitherto necessary approximations related to radiation transfer. The spatially resolved energy sources and sinks due to emission and absorption of line radiation are computed, separately for each line, and separately for the core and the wing photons. The Monte Carlo solutions are benchmarked with semi-analytical ray-tracing calculations for simplified 1D cases and full agreement is achieved. A figure of merit (CPU-time times statistical variance) for the 3D Monte Carlo performance is defined and it can be shown that currently both the FIDAP and EIRENE parts of the combined tool consume comparable amounts of CPU time. A critical issue remains the method of separating the line wing (optically thin) and line core (optically thick) contributions to stabilize the iterations between plasma- and photon gas solutions. [1] www.eirene.de P 3.17 Mo 17:45 Foyer Determination of non-LTE excitation and electron temperatures in HID lamps — •M. Baeva 1 , D. Karabourniotis 2 , D. Reiter 1 , S. Meier 3 , H. Schubert 3 , M. Weiss 3 , and M. Born 4 — 1 IPP, Forschungszentrum Jülich GmbH, EURATOM Association, Trilateral Euregio Cluster, — 2 Dep. of Physics, Univ. of Crete, 71003 Heraklion, Greece — 3 ILPP, Universität Düsseldorf, 40225 Düsseldorf — 4 Philips Research Laboratories, 52066 Aachen Mercury plasmas are important for lighting applications. Recent investigations consider zinc as a possible candidate to replace the toxic mercury. Usually, high-pressure mercury plasmas are considered to be in LTE, i.e. the existence of a unique temperature is presupposed. However, under non-LTE conditions the distribution of atoms over the excited states can not be characterized by a single temperature. The purpose of this study is to obtain the excitation and the electron temperatures in HID lamps with Hg and Zn, to check the LTE assumption. HIDs have been studied by emission spectroscopy. The distribution temperatures are obtained from the self-reversed lines Hg 4047, 4358, and 5461˚A, and Zn 4680, 4722, and 4810˚A applying the method developed in [1]. This method is free of any LTE assumptions and allows to evaluate these temperatures in the hottest discharge regions. The results show a significant deviation from LTE even at pressures above 30 bars. However, the results are sensitive to the distribution temperatures resulting from the observations of Hg4047˚A and Zn4680˚A spectral lines and further experiments with a higher spectral resolution are necessary. [1] D. Karabourniotis, J. Appl. Phys. 90 (3), 1090-1101 (2001) P 3.18 Mo 17:45 Foyer Diagnostik an Mikrowellen-Plasmen zur Sterilisation thermolabiler Kunstoffe der Verpackungsindustrie — •M. Czichy und P. Awakowicz — Ruhr-Universität Bochum, Universitätsstr. 150, 44780 Bochum, Germany Herkömmliche chemische Nassverfahren zur Sterilisation thermolabiler Verpackungsstoffe erweisen sich hinsichtlich ihrer Handhabung und Umweltverträglichkeit oftmals als problematisch und teuer. Im Zuge der Forschungen an Niederdruckplasmen wurde ein Sterilisationsverfahren für PET-Trinkflaschen und Joghurtbecher entwickelt, welches zahlreiche Vorteile gegenüber den oben angesprochenen Nassverfahren aufweist. Mittels eines Mikrowellen-Plasmas ist es möglich, innerhalb von fünf Sekunden eine hohe Abtötungsrate (> 10 5 ) ausgesuchter Testkeime (B.subtilis) auf Kunststoffoberflächen zu erreichen. Um diesen Prozess zu optimieren, wurden die Plasmen mittels diagnostischer Verfahren wie UV-Spektroskopie, Massenspektrometrie und Langmuirsondenmessungen unter Variation der Parameter Gasdruck, eingekoppelter Leistung, Mischungsverhältnis und Gasfluss charakterisiert. Zusätzlich wurde dessen Wirkung auf unterschiedliche Testkeime (B.subtilis, A.niger, B.stearothermophilus) mittels mikrobiologischer Untersuchungen, Lichtmikroskopie und REM-Aufnahmen untersucht. P 3.19 Mo 17:45 Foyer Sterilisation und Oberflächenmodifikation thermolabiler medizinischer Implantate — •Helmut Halfmann, Martin Schulze, Michael Deilmann und Peter Awakowicz — Dipl. Ing. Helmut Halfmann, Lehrstuhl für Plasmatechnik, Geb. IC, Raum 1/157, Universitätsstrasse 150, 44780 Bochum Induktiv gekoppelte Hochfrequenzplasmen können aufgrund ihrer Eigenschaften im Niederdruckbereich zur Sterilisation und Oberflächenmodifikation verwendet werden. Da medizinische Implantate im allgemeinen dreidimensionale Geometrien aufweisen, müssen die entsprechenden Plasmen radial und axial homogen sein. Zu diesem Zweck wurde eine doppelt
Plasmaphysik Montag induktiv gekoppelte (DICP) Anordnung aufgebaut, mit der umfangreiche Sterilisations- und Modifikationsprozesse durchgeführt wurden. Die ausgewählten Substratmaterialien waren Polylactid als bioresorbierbarer Werkstoff, ultrahochmolekulares Polyethylen (UHMWPE) für die Knieprothetik sowie zahlreiche weitere medizinisch relevante Werkstoffe. Die ausgewählten Testkeime waren u.a. B. subtilis (DSM 2277), B. stearothermophilus, A. niger sowie viele weitere krankenhausrelevante vegetative Formen. Die umfangreichen Experimente zur Sterilisation und Oberflächenvernetzung der UHMWPE Implantate wurden begleitet durch umfangreiche Diagnostiken mit einer Langmuirsonde (APS3), einem Plasmamonitor (Hiden Analytical) und mittels der optischen Spektroskopie. P 3.20 Mo 17:45 Foyer Räumlich und zeitlich aufgelöste Spektroskopie an reaktiven Strahlplasmen bei Atmosphärendruck — •H.-E. Wagner1 , D. Pasedag1 , R. Brandenburg1 , P. Michel1 , K.V. Kozlov2 , A. Baalmann3 , G. Ellinghorst3 und U. Lommatzsch3 — 1Institut für Physik der Universität Greifswald, 17489 Greifswald — 2Department of Chemistry, Moscow State University, 119992 Moscow, Russia — 3Fraunhofer Institut für Fertigungstechnik und Materialforschung, 28359 Bremen Ein bei etwa 15 kHz und Atmosphärendruck in Luft sowie Stickstoff betriebener Plasmastrahl wird in der aktiven Zone und dem aus einer Düse austretenden abklingenden Strahl elektrisch, spektroskopisch und mittels GC/MS untersucht. Diese Strahlplasmen werden u.a. zur Oberflächenbearbeitung eingesetzt. Das aktive, nichtthermische Plasma hat eine hohe Gastemperatur (Rotationstemperaturen TR = 2500...5500K). Der relaxierende Strahl enthält O-Atome im Prozentbereich. Sie werden vermutlich vor allem über die thermische Dissoziation in der aktiven Zone erzeugt. Indikator für die Atome ist ein charakteristisches gelbes Leuchten von NO∗ 2, welches über den Prozess O+NO+M → NO∗ 2+M gebildet wird. Über GC/MS wird in Luft ein NO-Anteil von ca. 900 ppm nachgewiesen. Die Raum-Zeit aufgelösten Spektren zeigen signifikante Unterschiede im aktiven und abklingenden Plasma. Der Vergleich der Ergebnisse in Luft und Stickstoff ermöglicht Rückschlüsse auf die dominanten Elementarprozesse, die Bestimmung der Strahl-Austrittsgeschwindigkeit sowie der Gastemperatur direkt an der Düsenöffnung. P 3.21 Mo 17:45 Foyer On the influence of argon addition on microwave hydrogen plasmas obtained under moderate pressure conditions — •Andrei V. Pipa 1 , Guillaume Lombardi 2 , Xavier Duten 2 , Khaled Hassouni 2 und Jürgen Röpcke 1 — 1 INP-Greifswald, 17489 Greifswald, Germany — 2 LIMHP, CNRS-UP 1311 Universite Paris-Nord, 93430 Villetaneuse, France Moderate-pressure hydrogen plasmas are of great interest in many thin film deposition processes. In such plasmas hydrogen is usually processed as the major component in a mixture involving other gases. In particular, argon is often used either as an active component of the gas mixture or as a probing species that can help via its emission to characterize the plasma and monitor the processes. In this last case, often a small admixture of Ar is considered as not influencing plasma parameters. The aim of this work was to investigate the validity of this assumption in the case of moderate pressure argon-hydrogen microwave discharges. For this purpose a one-dimensional non-equilibrium transport model for this discharge type was developed. This model was used to determine the spatial distribution of the main plasma parameters such as gas temperature, species densities and electron temperature. Results showed that a small amount of Ar (less then 1%) can considerably affect the density of atomic hydrogen, and even the gas temperature for specific discharge conditions. The collision and transport phenomena leading to this non linear effect of argon have been investigated by analyzing the contribution of Ar on the different hydrogen dissociation channels. P 3.22 Mo 17:45 Foyer Chemical reaction studies of CH4/N2 gas mixture in a dielectric barrier discharge — •Abhijit Majumdar, J.F. Behnke, and Rainer Hippler — Institut für Physik, Universität Greifswald Chemical reactions in a CH4/N2 gas mixture inside a dielectric barrier discharge (DBD) plasma have been studied by means of mass spectrometry. The DBD plasma has been created at medium pressure of 250-300 mbar in a rectangular reactor employing 5.7 kV pulses at 5 kHz. Most notable is the comsumption of CH4 and the production of H2 molecules. In addition, formation of heavier hydrocarbons like CnH2n+2 with n up to 8 is observed in the mass spectrum. P 3.23 Mo 17:45 Foyer Zeitaufgelöste Diagnostik von CF2-Radikalen in C2F6/H2- Plasmen einer gepulsten RF-Entladung mittels IR-Diodenlaserspektroskopie (TDLAS) — •Onno Gabriel, Konstantin Li und Jürgen Meichsner — Institut für Physik, Domstr. 10a, 17487 Greifswald Der Einfluß der CFx-Radikale (x=1..3), insbesondere der des CF2-Radikals auf die Beschichtungskinetik bzw. das Ätzverhalten in Fluorkohlenstoff-RF-Plasmen ist bis heute nicht vollständig verstanden. In unserer Arbeit verwenden wir eine gepulste 13.56 MHz RF- Entladung und C2F6 mit einer Zumischung von H2 als Modellgas bei Drücken zwischen 10 und 100 Pa. Ein in situ Ellipsometer dient der Messung der Beschichtungsrate auf der RF-Elektrode und ein mit durchstimmbaren Diodenlasern arbeitendes IR-Absorptionsspektroskopie- System (TDLAS) der parallelen Messung absoluter Radikaldichten im Gasraum. Die Zeitauflösung des TDLAS-Systems im Bereich von 1–10 ms erlaubt die Erfassung der Abklingkurven der CF2-Dichte in den Plasmaoff-Phasen der gepulsten Entladung. Untersucht wird der Einfluß der Prozeßparameter Druck, Gasfluß und RF-Leistung sowie der Pulsparameter (Perdiodendauer, Puls-Pause-Verhältnis) auf die Radikalkinetik und die Beschichtungsrate. Mittels eines einfachen kinetischen Modells werden die Verläufe der CF2-Dichte in der Plasma-off-Phase beschreiben und dadurch Bruttoratenkoeffizienten gewonnen. P 3.24 Mo 17:45 Foyer Beeinflussung von Plasmaeigenschaften durch elektrochemisches Pumpen von O-Atomen durch einen Ionenleiter — •s. Peters 1 , M. Rohnke 2 , K. Dittmann 1 , J. Janek 2 und J. Meichsner 1 — 1 Institut für Physik, Universität Greifswald — 2 Physikalisch-Chemisches Institut, Universität Gießen Wechselwirkungen von reaktiven Niedertemperaturplasmen mit einem festen Ionenleiter lassen interessante und neue Grenzflächenphänomene erwarten. So zeigt z.B. das in Hochtemperaturbrennstoffzellen eingesetzte Yttrium stabilisierte Zirkonoxid (YSZ) ab 400 ◦ C Sauerstoffionen-leitende Eigenschaften. Gleichzeitig kommt es zu einer Modifizierung der Plasmaeigenschaften. Den Ausgangspunkt für die vorliegende Arbeit bilden Untersuchungen an einem YSZ-Kristall, der im Gegensatz zu den bisherigen Sauerstoffatmosphären erstmalig einem RF-Sauerstoffplasma ausgesetzt war. In Folge wurde ein bis zu 100 mal höherer Sauerstoffaustausch mit dem Kristall gemessen [1]. Die Ursache könnte ein direkter Einbau von atomarem Sauerstoff aus dem Plasma in den Kristall sein. Dieser zusätzliche Verlustprozess sollte zu einem veränderten Konzentrationsverlauf des atomaren Sauerstoffs vor der Kristalloberfläche führen. In einer kapazitiv gekoppelten RF-Entladung bei 13, 56 MHz diente die geerdete Elektrode zur Probenaufnahme. Messungen räumlicher Dichteverteilungen mittels Laser-induzierter Fluoreszenz Spektroskopie zeigten einen verstärkten Abfall der O-Konzentration ab einer Heiztemperatur von 500 ◦ C, was auf den beschriebenen Vorgang zurückzuführen ist. [1] M.Rohnke, J. Janek, J.A. Kilner, R. Chater, Solid State Ionics, in press (2003). P 3.25 Mo 17:45 Foyer Raum- und Zeitaufgelöste atomare Sauerstoffkonznetrationsverteilungen in einem rf-Plasma — •S. Peters, B. Krames und J. Meichsner — Institut für Physik, Universität Greifswald In einem Niedertemperaturplasma ist der Transport ungeladener reaktiver Spezies, wie der des Sauerstoffatoms diffusionsbestimmt. Interessant sind insbesondere die elektrodennahen Gebiete der in dieser Arbeit verwendeten kapazitiv gekoppelten rf-Entladung in Sauerstoff. Hier kommt es aufgrund von Verlustprozessen an den Elektroden zu einem anisotropen Transportverhalten der Sauerstoffatome. Dies spiegelt sich in den mittels Laser-induzierter Fluoreszens Spektroskopie (TALIF) gemessenen räumlichen Konzentrationsverteilungen der O-Atome wider. Als Folge lassen sich abhängig von den Plasmaparametern und dem Elektrodenabstand die axialen Dichteverläufe über einen empirischen Ähnlichkeitsparameter beschreiben. An den Elektrodenrändern findet sich symmetrisch ein radiales Dichtemaximum, dessen Position mit steigender Selfbias-Spannung tiefer in den räumlichen Afterglow der Entladung wandert. Im zeitlichen Verlauf nach Plasmazündung (gepulster Entladungsbetrieb) kommt es ebenfalls zu einer Verschiebung dieses Maximums in Richtung Elektrodenrand. Erst ab einem zeitlichen Delay von 20 ms erreichen Erzeugungs- und Verlustprozesse ein Gleichgewicht, das eine dem cw-Betrieb vergleichbare Profilform zeigt.
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