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Plasmaphysik Mittwoch Anlegen einer Vorspannung wurde die Ionenenergie auf die Probe zwischen 5 eV und 30 eV eingestellt. Die Dichten der Reaktionsedukte und -produkte konnten mit einem absolutkalibrierten optischen Spektrometer gemessen werden. Nach der Sättigung der Probe mit Deuterium in einem Deuterium/Helium-Plasma wurde die Emission der von der Probe stammenden Atome bzw. Moleküle in einem reinen Edelgasplasma zeitaufgelöst gemessen. Die Abgabe von molekularem oder atomarem Deuterium ist dabei von den Substratparametern abhängig. Das absolute Inventar wurde durch ERDA-Messungen bestimmt. Der Einfluss von Verunreinigungen wie z.B. Sauerstoff kann im Beisein von Wasserstoff im Plasma vernachlässigt werden. Dies wurde in einem Vergleich von reinen Edelgasplasmen mit Deuterium/Helium Plasmen verifiziert. P 17.4 Mi 17:45 Foyer Einfluss verschiedener Wandmaterialien auf die Vibrationsbesetzung von molekularem Wasserstoff — •S. Meir, U. Fantz und K. Behringer — Lehrstuhl für Experimentelle Plasmaphysik, Institut für Physik, Universität Augsburg, 86135 Augsburg Die Vibrationsbesetzung im Grundzustand des molekularen Wasserstoffs ist ein wichtiger Parameter in Wasserstoffplasmen und spielt z.B. bei einer Vielzahl von Reaktionen im Plasma eine Rolle. Neben der Besetzung durch Elektronen- und Schwerteilchenstöße wird die Vibrationsbesetzung auch durch Stöße mit Wänden und der Rekombination von atomarem Wasserstoff an Oberflächen beeinflusst. Bei Letzterem wird zwischen zwei Mechanismen (Eley–Rideal und Langmuir–Hinshelwood) unterschieden, die je nach Oberflächentemperatur dominieren. Mittels optischer Emissionsspektroskopie wurde die Besetzung der ersten vier Vibrationsniveaus des Grundzustands aus der Strahlung der Fulcherbande bestimmt und durch eine Vibrationstemperatur charakterisiert. In einem Niederdruckplasma (planares ICP) wurde die Vibrationstemperatur über verschiedenen Materialien (Stahl, Cu, Al, W, Kohlenstoff, Quarz und Borosilikat) untersucht. Messungen über gekühlten (T = 300 K) Oberflächen ergaben höhere Vibrationstemperaturen als über den, durch das Plasma aufgeheizten (T = 560 K) Materialien. Die höchsten Vibrationstemperaturen wurden über Kohlenstoffoberflächen gemessen. Hier wird die Oberfläche erodiert und Kohlenwasserstoffe gelangen in das Plasma, wo diese in bereits vibrationsangeregten Wasserstoff dissozieren können. Weiter wurde der Zusammenhang zwischen atomarer Wasserstoffdichte und Vibrationstemperatur untersucht. P 17.5 Mi 17:45 Foyer Erosion and surface phenomena of liquid Ga immersed in capacitively coupled RF plasmas — •Jens Ränsch, Suk-Ho Hong, Johannes Berndt, and Jörg Winter — Experimentalphysik II, Ruhr Universität Bochum One of the most critical problems in designing and running a fusion reactor is the extreme heating of high heat flux components. The use of fluid materials as reaction chamber walls is suggested, but only limited knowledge and experimental data are available. We have investigated erosion and surface phenomena of liquid Ga immersed in capacitively coupled rf Ar plasmas at 13.56 MHz driving frequency with admixtures of H2, N2 and O2 in the range of two percent. We have used OES, SEM, EDX and a CCD video camera as diagnostic techniques. It is clearly observed that different kinds of layers are built on the surface of the Ga droplet depending on the gas mixtures. Using SEM and EDX we have observed structures and chemical components of the surface layer. The main erosion mechanism might be the development of microbubbles inside the Ga droplet through ion bombardment and the explosive outgasing of these bubbles. P 17.6 Mi 17:45 Foyer Relaxation of a collisonless ion matrix sheath — •Daniel Israel and Karl-Ulrich Riemann — Lehrstuhl für Theoretische Physik I, Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum An analytical fluid model describing the time evolution of a collisionless ion sheath in front of a plane absorbing wall biased to pulsed high negative voltage is presented. The model utilizes the Lagrangian formulation of hydrodynamics and allows to extend and generalize previous results [K.-U. Riemann and Th. Daube, J. Appl. Phys. 86, 1202 (1999)] for the matrix relaxation process obtained from the usual Euler formulation of hydrodynamics. Investigating the sheath evolution, the different phases of the matrix extraction and sheath expansion are characterized and treated separately. In addition, the transition between the two phases is investigated. Considering the matrix extraction phase, a description is developed, that in principle is suitable to account for arbitrary inhomogeneous initial conditions. Explicit results are given for two initial conditions of special interest. In order to describe the late quasistatic sheath expansion phase, the sheath boundary evolution is approximated and corresponding solutions are presented. The analytical results are compared with numerical solutions of the fluid equations as well as of PIC-MC simulations and show convincing agreement. P 17.7 Mi 17:45 Foyer Charakterisierung von Elektroden für Hochdruckgasentladungslampen im Gleich- und Wechselstrombetrieb — •O. Langenscheidt, L. Dabringhausen, S. Lichtenberg, M. Redwitz, J. Mentel und P. Awakowicz — Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Allgemeine Elektrotechnik und Plasmatechnik, Universitätsstrasse 150, D-44780 Bochum In der Bochumer Modell-Lampe werden seit einigen Jahren Wolfram-Elektroden für Hochdruckgasentladungslampen, sowohl im Gleichstrom als auch im Wechselstrombetrieb in verschiedenen Edelgasen untersucht. Das Ziel ist die vollständige Beschreibung von Wechselstrom-Elektroden in realen Lampen. Zahlreiche Diagnostikmethoden, wie Pyrometrie, Spektroskopie, Photographie und Langmuir-Sonden-Messungen wurden hierfür entwickelt und angepasst. Mittels Pyrometrie wird stationär die in die Elektroden eingekoppelte Leistung bestimmt und hieraus für den kathodischen Betrieb die Kathodenfallspannung berechnet. Durch elektrische Messung der Summe aus Anoden und Kathodenfall (ESV) und Verknüpfung mit dem vorher gewonnenen Kathodenfall läßt sich der Anodenfall bestimmen. Langmuir- Sonden- sowie ESV-Messungen liefern ebenfalls getrennt voneinander die Kathoden- und Anodenfallspannungen sowohl für Gleichstrom- als auch zeitaufgelöst für den Wechselstrombetrieb. Vorgestellt werden Ergebnisse für verschiedene Elektrodendurchmesser, -materialien und Füllgase. Weiterhin werden spektroskopische Untersuchungen der Randschichten vor den Elektroden präsentiert. Gefördert durch das BMBF (FKZ: 13N7763). P 17.8 Mi 17:45 Foyer Assembly of an experimental setup for measuring the hydrogen content of carbon layers — •Florian Irrek, A. Pospieszczyk, B. Schweer, G. Sergienko, and U. Samm — Institut für Plasmaphysik, FZ Jülich, Trilateral Euregio Cluster, EURATOM-Association, Jülich, Germany Inside a fusion reactor vessel layers of carbon are formed by redeposition of carbon originating from erosion of the carbon tiles which make up part of the first wall. Tritium and other isotopes of hydrogen can be trapped in these layers to a significant amount. Because of specified safety limits a diagnostic for measuring that content is of high importance for the operation of a future fusion device. A new diagnostic is being developed using laser desorption of the hydrocarbon layers. In a first step the method is tested in a laboratory setup. The surface temperature rise will be measured by means of pyrometry, while the desorbed hydrogen will be quantified with a mass spectrometer. Another mode of laser operation is ablation by short laser pulses (20 ns rather than 300 µs for the long pulses), thus releasing trapped tritium and deuterium. It is intended to adopt this method at a later stage at the tokamak TEXTOR, combined with spectroscopic observation of the released particles. This contribution presents the conceptual design and first results of the experiment. P 17.9 Mi 17:45 Foyer Exposition von Molydän-Spiegeln am Plasmarand von TEX- TOR — •Peter Wienhold 1 , Andrew Litnovsky 2 , Volker Philipps 1 , Bernd Schweer 1 , Genadi Sergienko 1 , Peter Oelhafen 3 , Marcus Ley 3 , Wolfgang Schneider 4 , Dieter Hildebrandt 4 , Michael Laux 4 , Marek Rubel 5 und Birger Emmoth 6 — 1 Institut für Plasmaphysik, Ass. EURATOM, TEC, Forschungszentrum Jülich, 52425 Jülich — 2 INRS-EMT University of Quebec, Canada — 3 Institut für Physik, Universität Basel, Schweiz — 4 MPI für Plasmaphysik, Ass. EURATOM, Berlin — 5 Alfven Laboratory, KTH, Ass. EURATOM-VR, Stockholm, Sweden — 6 Dep. Microelectronics, KTH, Ass. EURATOM- VR, Kista, Sweden Die Diagnostik von ITER sieht Metallspiegel vor, deren optische Güte durch Oberflächenzerstäubung und Verunreinigungsimplantation beeinträchtigt wird. Plasma ferne Spiegel werden mit Kohlenstoff bedeckt, der über weite Strecken transportiert wird. Tests in Tokamaks sollen
Plasmaphysik Mittwoch die Veränderungen zeigen und wie man ihnen begegnet. Molybdän- Spiegel wurden am Plasmarand von TEXTOR exponiert und spektroskopisch beobachtet. Deponierung und Implantation von C als auch lokaler Transport von Mo wurden durch SIMS Tiefenprofilierung nachgewiesen und mittels Ionenstrahlanalysen quantifiziert. Reflektivität und Streuung wurden im Bereich 250-2500nm in Abhängigkeit von Einfallswinkel und Polarisation vor und nach Exposition gemessen. Dabei zeigte sich der starke Einfluß der Veränderungen auf die optischen Eigenschaften, aus denen sich Schlußfolgerungen für das Vorgehen bei ITER ergeben. P 17.10 Mi 17:45 Foyer Hyper-Thermic Atomic Hydrogen Beam Source for Surface Studies — •Tatiana Babkina, Timo Gans, and Uwe Czarnetzki — Institut für Plasma- und Atomphysik, Ruhr-Universität Bochum, Germany The present report is concentrated on the design of and first investigations on a novel atomic hydrogen beam source. The source is based on neutralisation and reflection of hydrogen ions at surfaces. Ions are produced in a pulsed hydrogen RF discharge with magnetic confinement at pressures in the Pascal range. A voltage pulse is applied to a small electrode inside the discharge volume. Ions are accelerated in the sheath potential in front of the electrode. A hydrogen atom beam is produced by neutralisation and reflection of impinging ions at the electrode surface. The atom beam traverses the plasma collisionless and can be applied for detailed investigations of exothermic chemical reactions of hyper-thermic hydrogen atoms at metal surfaces. The atomic hydrogen beam is investigated by optical emission spectroscopy and an energy resolved mass spectrometer opposite to the electrode. Influences of ion species, ion energy, surface materials and threshold for neutralisation on the atomic beam characteristics can be studied. The project is funded by the <strong>DPG</strong> in the frame of the SFB 616. P 17.11 Mi 17:45 Foyer Mitigating Disorder-Induced Heating in Ultracold Plasmas ∗ — •D.O. Gericke and M.S. Murillo — Theoretical Division, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, NM 87545, USA Recent experiments demonstrated the creation of ultracold plasmas by ionization of trapped atoms with temperatures in the µK range [1,2]. The initial ion properties correspond to a very strongly coupled state; therefore, ultracold plasmas could provide a new avenue to investigate strong coupling effects with relatively long lived samples. Unfortunately, the build up of correlations strongly heats the ions [3]. We show how this process is related to the establishment of Coulomb structure in the final plasma state and give results for the amount of disorder-induced heating for a wide variety of initial conditions. Since the ions gain a large amount of kinetic energy while building up negative potential energy, plasmas are usually heated to a moderately coupled state that is almost independent of the initial temperature [4]. Two possibilities for reducing the heating by the introduction of structure in the initial state, i.e., the gas before ionization, are then discussed: the ionization of a highly degenerate gas of fermionic atoms and the ionization of highly excited atoms in Rydberg states. [1] T.C. Killian et al., Phys. Rev. Lett. 83, 4776 (1999). [2] M.P. Robinson et al.; Phys. Rev. Lett. 85, 4466 (2000). [3] M.S. Murillo, Phys. Rev. Lett. 87, 1150031 (2001). [4] D.O. Gericke & M.S. Murillo, Contrib. Plasma Phys. 43, 298 (2003). ∗ funded by the U.S. Department of Energy (contract W-7405-ENG-36) P 17.12 Mi 17:45 Foyer A SELF-CONSISTENT MODEL FOR A NONLINEARLY MODULATED PLASMA BOUNDARY SHEATH : FOURIER ANALYSIS AND IMPLE- MENTATION OF NEWTON’S METHOD — •Mustafa Bayrak und Ralf Peter Brinkmann — Lehrstuhl für Theoretische Elektrotechnik, Ruhr Universität Bochum, Universitätsstrasse 150, 44780 Bochum In the last years, in-situ diagnostic methods were successfully introduced into the control of industrial plasma processes. In microelectronics, these methods are known as AEC/APC, for advanced equipment control/advanced process control. Self-excited electron resonance spectroscopy (SEERS) is a particularly successful such methods, owing to its robustness and the fact that is strictly passive and contamination free. SEERS operates by observing the self-excitation of the so-called series resonance that occurs in bounded plasmas. The mechanism of this resonance involves a periodic exchange of energy between the electrostatic field of the plasma boundary sheath and the kinetic motion of the electrons in the bulk. A deeper understanding of the SEERS method requires a detailed analysis of the mechanisms which excite this oscillation, in particular the nonlinearities of the sheath. In this work, we present a self-consistent model of a nonlinearly modulated plasma boundary sheath. The non-linear dependence of the fourier coefficients of the current density through the sheath and the voltage across the sheath are related and their mutual dependence is characterized. P 17.13 Mi 17:45 Foyer THEORETICAL AND NUMERICAL ANALYSIS OF THE ELECTRON MOTION NEAR THE NEUTRAL POINT OF THE MAGNETIC FIELD — •Murat Vural und Ralf Peter Brinkmann — Lehrstuhl für Theoretische Elektrotechnik, Ruhr Universität Bochum Electron heating, i.e. the conversion of directed field energy into thermal electron energy, requires a randomization process which destroys the coherence in the motion of the electrons accelerated by the field. The standard Ohmic heating, i.e. the scattering of electrons at the neutrals of the background becomes very inefficient at gas pressures below 1 Pa. In this work, we investigate the efficiency of an alternative mechanism, namely the “scattering“ of magnetized electrons at a neutral loop in the magnetic field configuration. In the neighborhood of neutral points (where the magnetic field vanishes), however, the adiabatic invariance is destroyed and the electron motion becomes strongly chaotic. We consider a simple but realistic model of a stationary non-uniform and rotational invariant magnetic field configuration with neutral loop superimposed with an electrical RF modulation, similar to that of a neutral loop discharge (NLD). We find that the randomization of the electron motion by the neutral point provides a very efficient heating mechanism at low gas pressure. P 17.14 Mi 17:45 Foyer EUV spectra of light elements — • ˇ Zeljko Andreić 1 , Hans- Joachim Kunze 2 und Ante Hečimović 3 — 1 Faculty of Mining, Geology and Petroleum Engineering, University of Zagreb, Pijerottijeva 6, 10 000 Zagreb, Croatia — 2 Institute of Experimental Physics V, Ruhr- University, 44780 Bochum, Germany — 3 Faculty of Science, University of Zagreb, Bijenička 32, 10000 Zagreb, Croatia Spectra of laser-produced plasmas of light elements (Be-Al) were systematically obtained with the help of a flat-field spectrograph built around a Hitachi 1200 l/mm grating. The primary detector was a gated MCP whose output plane was imaged onto a CCD camera. The whole spectral range of the instrument was covered and individal spectra were assembled together. In experiments the experimental parmeters were kept the same. In the case of gaseous elements (N, O, F) their simplest solid compounds were used as ablation targets. The goal is to obtain single element spectra that cover the whole spectral range of the instrument in question (i. e. approximately 3-30nm. For each element the instrumental spectrum and the ”true” spectrum, cleaned of higher order spectral lines will be assembled and made available on our web site. Such spectra can be used to simplify wavelength calibration of XUV instruments built arround the same or a simmilar gratings, and line identification in this spectral range. Work is still in progres, but the first results (complete spectra of several elements) are available and will be presented. This work is suported by the Croatian Ministry of Science and Technology (research grant no. 0195052), and by the Alexander von Humboldt Foundation. P 17.15 Mi 17:45 Foyer Selbstkonsistente kinetische Beschreibung einer gestörten Neon-Glimmentladung — •F. Sigeneger 1 , S. Arndt 1 , H. Testrich 2 und Ch. Brandt 2 — 1 INP Greifswald — 2 Institut für Physik, Ernst-Moritz-Arndt-Universität, 17489 Greifswald Theoretische Untersuchungen eines im Übergangsbereich zwischen positiver Säule und Anode gestörten zylindrischen Neonplasmas werden vorgestellt. Sie nehmen Bezug auf spektroskopische Messungen an Gleichstrom-Glimmentladungen, die durch eine radial eingeführte Langmuirsonde gestört wurden. Die selbstkonsistente Analyse des Neonplasmas beruht auf einem iterativen Hybridverfahren, das eine hydrodynamische Beschreibung von Ionen, Elektronen und angeregten Atomen sowie die Lösung der Poissongleichung umfasst. Die erforderlichen ortsabhängigen Transport- und Ratenkoeffizienten der Elektronen werden durch die gekoppelte Lösung der axial inhomogenen Boltzmann-
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