Allgemeines elektromagnetisches Model der aktiven Plasmaresonanzspektroskopie und seiner Anwendung zur orts- und zeitaufgelösten Messung der Elektronendichte und Elektronentemperatur

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Franko Greiner; Professor Dr.-Ing. Jens Oberrath
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 531667910

Mikrowellenmethoden eignen sich hervorragend für die nichtinvasive Diagnostik von Plasmen. Gegenüber der klassischen Interferometrie sind Methoden, die die Hohlraumresonanzen von Plasmakammern (Kavitäten) ausnutzen, sehr empfindlich und bis zu Elektronendichten von 10^7 m^(-3) einsetzbar. Mit den heute zur Verfügung stehenden mathematischen Methoden und Mikrowellenmesstechniken kann eine Diagnostik einwickelt werden, die eine räumlich aufgelöste Elektronendichtemessung erlaubt und deren experimentelle Verifikation ermöglicht. Die detaillierte Berechnung von realen Kavitäten mit einer Anzahl von Mikrowellenempfangs- und Sendeantennen erlaubt sogar die Bestimmung der Elektronentemperatur. In diesem Projekt wird eine Mikrowellenresonanzspektroskopie entwickelt, die beliebig geformte Kavitäten erlaubt und die ortsaufgelöste Bestimmung der Elektronendichte ermöglicht. Für die Bestimmung der Elektronentemperatur ist die genaue Simulation der realen Kavitäten erforderlich, um die Verbreiterung der Resonanzen durch die Güte der Kavität von der durch die Temperatureffekte trennen zu können. Letztere können mit der kinetischen Variante der Spektroskopie ausgewertet werden. Aus den Modellen werden diagnostische Methoden entwickelt, die auf verschiedene Niedertemperaturplasmen angewendet werden. Für reine Argon Plasmen kann die neue Mikrowellendiagnostik mit ortsaufgelösten Langmuirsondenmessungen verglichen werden. Bei nanostaubigen Plasmen, die neben den Ionen und Elektronen auch Nanoteilchen enthalten, erlaubt die neue Diagnostik erstmals eine Überprüfung der Staubdichterwellendiagnostik. Sogar in reaktiven, Nanoteilchen erzeugenden Plasmen können mit der neuen Methode erstmalig überhaupt ortsaufgelöste Messungen der Elektronendichte während des Teilchenwachstums durchgeführt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Vektornetzwerkanalysator
• Gerätegruppe: 2720 Impedanz- und Dämpfungsmeßgeräte, Frequenzgangmeßgeräte, Netzwerkanalysatoren