Plenarvorträge - DPG-Tagungen

Plasmaphysik Dienstag
stark gekoppelte Ionen-Dynamik einzubeziehen [2]. Es zeigt sich, dass
zusätzliches Doppler-Kühlen die Expansion des Plasmas erheblich modifiziert
und damit die Bildung eines Plasmas mit exotischen Eigenschaften
ermöglicht, in dem die elektronische Komponente schwach gekoppelt
ist während die Ionen Effekte starker Kopplung aufweisen. In
Abhängigkeit von den Plasmaparametern führt dies zum Auftreten einer
gitterähnlichen Ordnung (Nahordnung) oder sogar zur Ausbildung von
Schalen-Strukturen (Fernordnung) während der Expansion.
[1] T. C. Killian et al., Phys. Rev. Lett. 83, 4776 (1999)
[2] T. Pohl, T. Pattard and J. M. Rost (eingereicht)
P 10.24 Di 17:45 Foyer
Dynamic Properties of Finite Coulomb Clusters in Colloidal
Plasmas — •Ryuta Ichiki 1,2 , Yuriy Ivanov 1 , and Andre Melzer 1
— 1 Institut für Physik, Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald,
17489 Greifswald — 2 Interdisciplinary Graduate School of Engineering
Sciences, Kyushu University, Kasuga, Fukuoka 816-8580, Japan
Finite Clusters in colloidal plasmas consist of a small number of microspheres
(N = 1...200) trapped in the sheath of a discharge plasma. The
particles acquire high negative charges and interact via their Coulomb
repulsion. They are confined by strong vertical and weak horizontal (radial)
potential wells, thus forming 2D concentric structures. The particles
are illuminated by lasers and are observed with video cameras. The dynamic
properties of these Coulomb clusters are described by their normal
modes. Here, we present experiments on finite clusters in our new plasma
chamber that was recently set up in Greifswald. In these experiments, the
mode properties of finite Coulomb clusters have been determined for different
particle numbers N. One of our goals is to relate the dynamic
properties of these finite systems to the dispersion relation of waves in
infinite systems. As a more technical problem, the influence of the video
frame rate on the analysis of the dynamic properties is also investigated.
P 10.25 Di 17:45 Foyer
Beeinflussung und Vorhersage von Partikelverteilungen in
Komplexen Plasmen unter Mikrogravitation — •Markus
Klindworth, Oliver Arp und Alexander Piel — Institut für Experimentelle
und Angewandte Physik, Christian-Albrechts-Universität
Kiel, 24098 Kiel
Plasmen mit einer zusätzlich injizierten Teilchenspezies in Form von
geladenen Mikropartikeln bezeichnet man als Komplexe Plasmen. Unterliegen
diese Partikel beobachtbarer Größe der Gravitation, so lassen sie
sich lediglich in der unteren Randschicht z.B. einer HF-Entladung einfangen.
Unter Schwerelosigkeit verteilen sich die Partikel im Plasmavolumen
– es werden aber auch die Effekte kleinerer Kräfte, wie dem “Iondrag”,
deutlich. Der Impulsübertrag der aus dem Plasma strömenden
Ionen auf die Staubteilchen drängt diese aus dem Zentrum der Entladung,
ein staubfreier Bereich (“void”) entsteht. Quantitativ ist dieser
Effekt noch nicht völlig verstanden. Durch die Manipulation des Plasmas
mit Hilfe segmentierter Elektroden oder elektrostatischer Anregung
durch eine Langmuir-Sonde läßt sich die Form des Voids verändern und
die Reaktion und neue Gleichgewichtslage der Partikel studieren. Ein
einfaches Modell zum Gleichgewicht zwischen elektrischer Feldkraft und
“Ion-drag” erlaubt die Vorhersage von Staubverteilungen unter Mikrogravitation
durch Messung von Plasmaparameterprofilen im staubfreien
Plasma. Das für die Experimente aufgebaute Parabelflugexperiment
dient zudem dem Test von Konzepten und Prototypen für ein Gemeinschaftsexperiment
(IMPACT/IMPF) an Bord der ISS.
P 10.26 Di 17:45 Foyer
Sondenerzeugte staubfreie Bereiche in Komplexen Plasmen
unter Schwerelosigkeit — •Markus Klindworth 1 , Alexander
Piel 1 und André Melzer 2 — 1 Institut für Experimentelle und Angewandte
Physik, Christian-Albrechts-Universität Kiel, 24098 Kiel —
2 Institut für Physik, Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald, 17489
Greifswald
Als “voids” werden scharf begrenzte staubfreie Bereiche in Komplexen
Plasmen bezeichnet. Sie treten besonders deutlich in Hochfrequenzentladungen
mit induzierten mikrometergroßen Partikeln unter Scherelosigkeit
auf. Die Entstehung dieser “voids” wird den entgegengesetzten
elektrischen Feld- und Ionenwindkräften auf die geladenen Staubpartikel
zugeschrieben. Der Mechanismus gilt aber besonders in quantitativer
Hinsicht als nicht vollständig verstanden. Einen neuen Ansatz zur Untersuchung
der “voids” stellt die Beobachtung von Staubverteilungen um
eine Langmuir-Sonde unter Mikrogravität dar. Die Staubpartikel sitzen
in der Vorschicht der Sonde, wo ein Gleichgewicht zwischen abstossender
Feldkraft und Impulsübertrag durch die zur Sonde strömenden Ionen besteht.
Die Größe und Form der Staubverteilung markiert den Verlauf der
Schichtgrenze um den im Plasma befindlichen Sondenschaft. Die numerische
Lösung eines stoßbehafteten Vorschichtmodells erlaubt eine Analyse
der Kräfte und Gleichgewichtspositionen des Staubs. Das durch die modellierten
Kräftegradienten gebildete Einfangpotential erklärt ebenfalls
die Bildung einer ausgeprägten Partikelschichtung.
P 10.27 Di 17:45 Foyer
Sondenmessungen in Komplexen Plasmen im Labor und auf Parabelflügen
— •Markus Klindworth 1 , Alexander Piel 1 und André
Melzer 2 — 1 Institut für Experimentelle und Angewandte Physik,
Christian-Albrechts-Universität Kiel, 24098 Kiel — 2 Institut für Physik,
Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald, 17489 Greifswald
Für das Verständnis von Staubverteilung und -Dynamik in Komplexen
Plasmen (Plasmen mit injizierten Mikropartikeln) ist die raumaufgelöste
Kenntnis der Plasmaparameter von großem Interesse. Anhand unserer
Entwicklung eines Sondensystems für Schwerelosigkeitsexperimente
an Komplexen Plasmen auf Parabelflügen zeigen wir eine angepaßte
Methode zur Auswertung und Aufnahme von Kennlinien in begrenzten
Plasmen unter Anwesenheit von Mikropartikeln (“Staub”). Die Auswertung
auf Basis eines stoßkorrigierten “radial-motion”-Modells zeigt gute
Übereinstimmung mit Simulationen der Entladung. Durch den Vergleich
von Profilen partikelfreier Labormessungen mit partikelversetzten Plasmen
unter Schwerelosigkeit zeigt sich eine Konzentration der Region hoher
Plasmadichte und hohen Potentials auf den staubfreien Bereich im
Zentrum der Entladung bei insgesamt verminderten absoluten Werten.
Der Staub zeigt sich also als Plasmaverlustregion. Die Ergebnisse lassen
sich mit Messungen eindimensionaler Sondenschnitte im Labor in einfacherer
Geometrie bestätigen.
P 10.28 Di 17:45 Foyer
Zeitaufgelöste elektrische Messungen in staubigen Plasmen —
•Janine-Christina Schauer, Suk-Ho Hong und Jörg Winter —
Ruhr-Universität Bochum
Es ist bekannt, dass die elektrischen Eigenschaften eines Plasmas durch
Partikelbildung in reaktiven Gasen stark beeinflusst werden. Wir haben
die Änderungen der elektrischen Eigenschaften in staubbildenden
Argon-Acetylen- und Argon-Methan-Plasmen in einer kapazitiv gekoppelten
GEC-Zelle bei 13,56 MHz untersucht. Dazu wurden Strom und
Spannung an den Zuleitungen zu der getriebenen und geerdeten Elektrode
mit Strom-Spannungs-Messsonden gemessen und mit einem mathematischen
Modell in die an den Elektrodenoberflächen anliegenden
Ströme und Spannungen umgerechnet. Die Änderung der Plasmacharakteristik
aufgrund der Entstehung und des Wachstums der Staubpartikel
wurde beobachtet und zeitaufgelöst gemessen. Die verschiedenen Staubwachstumsphasen
Nukleation, Koagulation und Agglomeration sowie der
α −γ ′ -Übergang wurden beobachtet. Die zeitliche Entwicklung von Plasmaeigenschaften
wie Plasmaimpedanz oder absorbierte Leistung bei Partikelwachstum
wird diskutiert.
P 10.29 Di 17:45 Foyer
Diagnostik eines kombinierten HF-Plasmas und DC-
Magnetron-Plasmas zur Beschichtung von mikrodispersen
Pulvern — •Gabriele Thieme 1 , Maria Tatanova 2 , Mario
Hannemann 2 , Holger Kersten 2 und Rainer Hippler 1 —
1 Institut für Physik, E.-M.-Arndt-Universität, Domstr. 10a, D-17489
Greifswald — 2 INP Greifswald, F.-L.-Jahn-Str. 19, D-17489 Greifswald
Siliziumoxidteilchen (∼18µm) wurden in der Randschicht einer
Argon-HF-Entladung (5...21Pa, 5W) aufgeladen, eingefangen und
vereinzelt. Eine zusätzliche DC-Magnetron-Entladung wurde verwendet,
um dünne Metallschichten auf den Partikeln abzuscheiden. Unter dem
Einfluß des Magnetronplasmas rotiert die in der Plasmarandschicht
über der HF-Elektrode gefangene Teilchenwolke. Dieser Effekt wird dem
Impulsübertrag durch Stöße von Plasma-Ionen, die durch ExB-Drift
beschleunigt werden, mit den Mikro-Teilchen zugeschrieben.
Für ein besseres Verständnis dieses Effekts ist eine umfassende
Charakterisierung der Wechselwirkung des HF-Plasmas mit dem DC-
Magnetron-Plasma notwendig. Dazu wurden Messungen mit einer HFkompensierten
Langmuirsonde (SmartProbe, Scientific Systems) bei verschiedenen
Entladungsbedingungen durchgeführt und die Elektronenenergieverteilungsfunktion
(EEDF) sowie relevante Plasmaparameter wie
Elektronendichte und Plasmapotential bestimmt. Wie im Verhalten der
SiO2-Partikel, zeigen sich auch hier deutliche Veränderungen, sobald das
Magnetron-Plasma zusätzlich zum HF-Plasma präsent ist.