Dynamic processes in magnetized complex plasmas

• Applicant: Professor Dr. Alexander Piel
• Subject Area: Optics, Quantum Optics and Physics of Atoms, Molecules and Plasmas
• Term: from 2002 to 2005
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5369734

Das Gebiet der komplexen (staubigen) Plasmen ist nach den Untersuchungen zu Bose-Einstein-Kondensaten das am raschesten wachsende Gebiet der Physik. Komplexe Plasmen enthalten außer Ionen, Elektronen und Neutralen auch elektrisch hoch geladene Partikel (Staub) von Nanometer- bis Mikrometer-Größe. Durch die elektrische Kopplung dieser Partikel können sie gasförmige, flüssige und feste Zustände annehmen. Die Wechselwirkung zwischen den Partikeln findet sich in den elastischen Eigenschaften dieses Mediums wieder, z.B. in den verschiedenen niederfrequenten Wellentypen. Die an den Partikeln gebundene Ladung und ihre Fluktuation bestimmt auch die Dispersionseigenschaften hochfrequenter Wellen. Dieser Antrag beinhaltet die Untersuchung von niederfrequenten Wellenvorgängen und Instabilitäten in schwach gekoppelten Plasmen mit überlagertem Magnetfeld, zu denen im Unterschied zu stark gekoppelten System nur sehr wenige Untersuchungen vorliegen. Untersucht werden sollen zunächst die "dust acoustic wave" und die "dust ion-acoustic wave" bei Anregung mittels Gittern oder durch feldparallele Ströme. Wir erwarten auch das spontane Auftreten von "dust drift waves" in magnetisierten Plasmasäulen. Dabei interessieren uns lineare und nichtlineare Wellen sowie das Auftreten von Doppelschichten und Potentialrelaxationen. Die Diagnostik der Partikelgröße und der Verteilung wird mit Extinktion und Mie-Streuung vorgenommen. Staubdichtewellen werden im Streulicht eines Laserfächers nachgewiesen. Für die elektrostatischen Moden werden zusätzlich Sondenverfahren zum Nachweis eingesetzt. Hochfrequente Wellen werden mit kleinen Antennen erzeugt und detektiert. Die Untersuchungen können später erweitert werden auf Schockwellen, Solitonen und auf stromgetriebene Ionenzyklotronwellen. Als unabhängige Diagnostik für die Aufladung der Staubpartikel werden Sondenmessungen und Resonanzkegel eingesetzt. Diese Untersuchungen sind von grundlegender Bedeutung für das Verständnis komplexer Plasmen und finden Anwendung in der Plasmatechnologie und in astrophysikalischen Situationen.

• DFG Programme: Research Grants