Wechselwirkung von Elektronen mit Plasma einschließenden Wänden

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Franz Xaver Bronold
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 495729137

Menschengemachte Plasmen sind in Kontakt mit Festkörpern. Die Plasma-Wand Wechselwirkung steht sogar im Zentrum vieler technologischer Anwendungen. Nicht in allen plasmaphysikalischen Apparaturen ist die Wechselwirkung jedoch vorteilhaft. Für die Stabilität von Fusionsplasmen, Hall Thrustern und miniaturisierten Barriereentladungen zum Beispiel ist sie nachteilig. Plasmaflüsse auf die Wand sollten dort minimiert werden. Da die Flüsse von der elektrischen Antwort der Plasma-Wand Grenzfläche abhängen, die wiederrum das Resultat von atomaren ladungstransferrierenden Schwerteilchenstößen und der Wechselwirkung von Elektronen mit der Wand ist, ist es von technologischem Interesse Letztere zu kontrollieren. Die Energien sind typischerweise unterhalb von 50 eV und somit in einer Region, in der quantitativ wenig über Elektron-Festkörper Wechselwirkung bekannt ist. In diesem Projekt soll ein Werkzeug zur theoretischen Beschreibung der Wechselwirkung niederenergetischer Elektronen mit Oberflächen entwickelt werden, so wie sie in Plasmaanwendungen auftritt, und zum Aufbau einer Datenbank für die sie charakterisierenden Koeffizienten benutzt werden. Neben homogenen Wänden werden auch beschichtete Wände betrachtet. Um die Unvollständigkeit kristallographischer Informationen über die Wände aufzufangen, bildet ein Jellium-artiges Modell die Grundlage der Berechnungen. Als generische Kristalleffekte werden kohärente Bragg Streuung an den Kristallebenen parallel zur Grenzfläche und inkohärente elastische Streuung an Ionenrümpfen berücksichtigt. Physikalische Prozesse werden so beschreiben, dass das Modell auf verschiedene Materialen angewandt werden kann. Die Ausbeute der Sekundärelektronenemission sowie der Elektronstickingkoeffizient werden mittels eines invarianten Einbettungsprinzipes berechnet, das die durch Wechselwirkung mit den Elementaranregungen und Fehlstellen des Festkörpers entstehenden rückstreuenden Trajektorien aufsummiert. Methoden aus der kernphysikalischen Transporttheorie werden benutzt, um die Einbettungsgleichungen für homogene und beschichtete Wände herzuleiten und numerisch zu lösen. Dadurch läßt sich das volle Potential des Einbettungsprinzips zur Beschreibung der Wechselwirkung niederenergetischer Elektronen mit Festkörpern heben, was die Möglichkeit eröffnet, in Zukunft durch bewusste Wahl der Wandmaterialien Plassmaapparaturen zu optimieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Dr. Igor D. Kaganovich; Dr. Yevgeny Raitses