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Die Theorie der Freifallsäule unter Berücksichtigung der „Neutralgasaufzehrung”︁ durch die Ionisationsvorgänge und ihre Anwendung auf Edelgas‐Ionen‐Laser
Authors: Valentini H.‐B.
Published: July 2007

A theory for low pressure discharges taking into account the finite mean free path of the neutral atoms for ionization is developed. The spatial distributions of the electric potential, the charged particle density, the neutral gas density, the charged particle generation, and for the ion gas the transverse particle flux, the drift velocity, the energy density and the transverse energy flux are calculated using a simplified model of the steady‐state axially homogeneous free‐falltype discharges. It is shown that increasing electric power input decreases the neutral gas density in the column. Moreover, the electron temperature depends not only on the filling pressure and the column radius, but also on the electric power input and the wall temperature. A theoretical description of the processes causing the limitations of the electron temperature, the ion wall flux, the discharge current and the degree of ionization as well as the saturation of the output power of cw noble gas ion lasers, and the slightly falling current‐voltage‐characteristic for high discharge current is derived from basic equations and the boundary conditions of the discharge.

Some of the results are:The upper limit of the ion wall flux is determined by the filling pressure, the wall temperature and the atomic mass of the filling gas. The upper limit of the electric power input into the column depends on the maximum ion wall flux and the maximum electron temperature. The maximum degree of ionization is proportional to the square root of the quotient of the wall temperature and the electron temperature. The laser power output passes through a maximum with increasing electron temperature. For high densities of the discharge current the electron temperature increases slightly while the axial electric field intensity decreases weakly with rising discharge current. Furthermore, the influence of an axial magnetic field on the electron temperature, and the electron density is investigated shortly.
Geschwindigkeitsverteilungsfunktion und Bilanzgrößen der Elektronen des anisothermen Argon‐Plasmas bei Ionisierungsgraden von 10−9 bis 10−2
Authors: Winkler B.
Published: July 2007

Für reduzierte elektrische Feldstärken von 0,05 bis 20 V/(cm Torr) und Ionisierungsgrade von 10−9 bis 10−2 werden der Isotropteil der Geschwindigkeitsverteilungsfunktion der Elektronen eines anisothermen Argon‐Plasmas aus einer kombinierten Boltzmann‐ und Fokker‐Planck‐Gleichung zur Erfassung elastischer, anregender und Coulombscher Wechselwirkung nach einer Parameteriterationsmethode numerisch für stationäre homogene Bedingungen berechnet. Mit den gewonnenen Verteilungsfunktionen erfolgt gleichzeitig die Bestimmung des wesentlichsten Bilanzgrößen der Elektronen, wie mittlere kinetische Energie, Diffusionskoeffizient, Beweglichkeit, Transportstoßfrequenz, Stoßfrequenz für die Anregung, Stoßfrequenz für die Stufenionisation, elastische und anregende Energieverluste, sowie die Diskussion der erhaltenen Resultate. Ferner wird auf die sich aus den Resultaten der exakten Berechnungen ergebenden Aussagen bezüglich der Gültigkeitsgrenzen und Mängel analytischer Näherungsverfahren zur Lösung des Problems näher eingegangen.
Tensorielle Kugelflächenfunktionsentwicklung des Stoßintegrals für ein schwach ionisiertes Plasma I
Authors: Schüller V. , Wilhelm J.
Published: July 2007

For a plasma consisting of electrons and heavy particles (ions, neutral particles) an approximate expression for the collision integral is deduced by Taylor series expansion of the integrand. Not only elastical but also inelastical collisions are taken into account and the distribution of the heavy particles is assumed to be arbitrary.
Some Electric and Spectroscopic Properties of the Radiofrequency Plasma in a Steady Magnetic Field
Authors: Moraru Doina
Published: July 2007

In the experiences carried out on the capacitively excited high‐frequency helium discharges at pressures of 10−3−10−2 Torr, a spectral line intensities redistribution in helium spectrum in function of applied steady magnetic field magnitude has been observed. The magnetic field application modifies also the plasma dispersive properties, which are reflected in the variable relative weight of the h.f. field harmonics. The experiences evidenced an electron temperature dependence on the relative h.f. harmonics intensities, confirming the previous researche conclusion concerning the electron temperature increase with the electric field frequency.
Zur Funkenkonstante nach Rompe und Weizel
Authors: Hess Helmut
Published: July 2007

It is shown that there exists a discrepancy between the value of the Funkenkonstante for nitrogen calculated according to ROMPE and WEIZEL and the value determined by experiments. In a thermal model it is possible to solve this problem by taking into account the role of the ions for the charge transport.

The agreement between the experimental and the theoretical value of the Funkenkonstante in the case of argon may be due to another, nonthermal discharge mechanism.
Beschreibung des Übergangsstadiums „Entladung — Nachleuchtphase”︁ positiver Säulen in Edelgasmitteldruckentladungen
Authors: Golubowsky Ju. B. , Michel P.
Published: July 2007

Über die Energie‐ und Ladungsträgerbilanzgleichungen des Elektronengases werden das zeitliche Verhalten der Elektronentemperatur und der Ladungsträgerkonzentration für das Übergangsstadium „Entladung — Nachleuchtphase”︁ positiver Säulen in Edelgasentladungen (He, Ne, Ar) bei mittleren Gasdrücken ermittelt. Dabei wird das Problem der zeitlichen Änderung des radialen Profils der Ladungsträgerkonzentration diskutiert. Analytische Ausdrücke für die zeitliche Änderung der Ladungsträgerkonzentration erlauben es, den Einfluß von Diffusions‐ und Rekombinationsprozessen relativ einfach zu übersehen.
Zur mikrophysikalischen Beschreibung des schwachionisierten Stickstoffmolekülplasmas der positiven Säule von Glimmentladungen. I. Berechnung der Geschwindigkeitsverteilungsfunktion der Elektronen im molekularem Stickstoffplasma und Vergleich mit dem Experiment
Authors: Winkler R. , Pfau S.
Published: July 2007

Aus der homogenen stationären Boltzmann‐Gleichung wird für ein molekulares Stickstoffplasma schwachen Ionisierungsgrades die Geschwindigkeitsverteilungsfunktion der Elektronen im reduzierten Feldstärkebereich von 1…100 V/cm Torr berechnet und mit experimentell bestimmten Isotropteilen der Geschwindigkeitsverteilungsfunktion verglichen. Bei der Berechnung werden neben den elastischen Stößen alle wesentlichen zur Schwingungsanregung und elektronischen Anregung sowie zur Direktionisation führenden Elektronen‐Molekülstoßprozesse getrennt berücksichtigt. Aus der Forderung, daß sowohl die berechneten Isotropverteilungen als auch einige berechnete Elektronenbilanzkoeffizienten zufriedenstellend mit den experimentell bestimmten Größen übereinstimmen, konnte aufbauend auf einer Analyse neuerer Messungen der Wirkungsquerschnitte für elektronische Anregung [6] ein Satz von Wirkungsquerschnitten der wesentlichen unelastischen Stoßprozesse mit dem N2‐Molekül ermittelt werden, welcher bezüglich des relativen Verlaufs der Querschnitte durchgängig auf relativen Querschnittsmessungen basiert und dessen Querschnitte für elektronische Anregung eindeutig dem Termschema des N2‐Moleküls zugeordnet sind.

Die Ergebnisse der Berechnung aller wesentlichen Bilanzkoeffizienten der Elektronen unter Verwendung dieses Querschnittssatzes werden (teilweise im Vergleich zum Experiment) ausführlich im Teil II dargestellt.
Zur simultanen Ausbreitung von Ionenschallwellen und Electron free streaming waves
Authors: Kagel H. , Behnke J. , Leven R.
Published: July 2007

The paper deals with the propagation of externally excited signals in dc‐discharges. The experimentally observed behaviour of signals can be qualitatively correct explained on the basis of the theoretically developed conception of the simultaneous propagation of ion acoustic wave and electron free streaming wave. There exists a satisfactory quantitative agreement between experimental and theoretical values of damping for both types of waves. The assumption of the existence of the electron free streaming wave explains not only the amplitude modulated measuring signal but also leads to an essentially better agreement between the experimental and theoretical values of damping for ion acoustic waves.
Messungen des γi‐Koeffizienten, der Zündspannung und des normalen Katodenfalls der Glimmentladung an gasbedeckten Mo‐ und Fe‐Oberflächen in Edelgasen
Authors: Felsch D. , Pech P.
Published: July 2007

Es werden Messungen des γi‐Koeffizienten, der Zündspannung und des normalen Katodenfalls der Glimmentladung an gasbedeckten Katodenoberflächen für die Kombinationen Mo—Ne+, Ar+. Kr+, Xe+ und Fe—Ne+ mitgeteilt. Als Bedeckungsgase wurden H2, N2 und O2 in einatomarer Schicht untersucht. Die Messungen des γi‐Koeffizienten erfolgten nach einer von VARNEY angegebenen dynamischen Methode im Bereich 30 ≲ X/p0 ≲ 400 V cm−1 Torr−1.
Bilanzierung der Ozonsynthese im nichtthermischen Plasma
Authors: Kastelewicz H. , Bachmann P.
Published: July 2007

A simple model of a non‐thermal oxygen plasma is used to calculate the ozon concentration as a function of the plasma parameters pressure, gas and electron temperature and electron concentration. In particular it is shown that the ozon yield depends strongly on the electron temperature and concentration except for certain intervals of parameters where a distinct plateau exists and the ozon concentration reaches its maximum value.
Überschall‐Plasmaströmungen im induktiv‐hydrodynamischen Stoßwellenrohr
Authors: Rothhardt L.
Published: July 2007

Es wird über die Arbeitsweise eines speziellen elektromagnetischen Stoßwellenrohres und über die Dynamik des Plasmas im Laufrohr berichtet. Dieses spezielle elektromagnetische Stoßwellenrohr wird als induktiv‐hydrodynamisches Stoßwellenrohr bezeichnet, weil die Energie‐Einspeisung über eine induktive, elektrodenlose Entladung erfolgt, das im Laufrohr strömende Plasma aber hydro‐dynamisch vom Elektronenpartialdruck getrieben wird.
Die wesentlichen Plasmaparameter wurden mit Hilfe eines speziellen Doppelsondensystems — Plasmaschlucker genannt — gemessen. Mit Hilfe der erhaltenen Werte kann abgeschätzt werden, daß sich das Plasma im Laufrohr wie eine homogene, expandierende Plasmasäule mit steiler und ebener Front verhält. Die von der Front bei der Akkumulation des Vorlandgases geleistete Arbeit wird wegen der Energiezuführung aus der Plasmaquelle durch Wärmeleitung im Elektronengas ohne merkliche Absenkung der Elektronentemperatur ermöglicht.
Bemerkungen zu einigen bekannten Reihenentwicklungen der Einteilchen‐Verteilungsfunktion bei der Lösung der BOLTZMANN‐Gleichung
Authors: Wilhelm J. , Schüller V.
Published: July 2007

Wichtige in der Literatur benutzte Reihenentwicklungen der Einteilchen‐Verteilungsfunktion der Elektronen zur Lösung der Boltzmann‐Gleichung für ein hinreichend schwachionisiertes Plasma können unter einem einheitlichen Gesichtspunkt behandelt werden, nämlich vom Standpunkt der Theorie der Approximation von Funktionen. Hierunter fallen sowohl Reihenentwicklungen, wo aus physikalisch plausiblen Gründen eine Näherung f0 der Verteilungsfunktion wahrscheinlich ist, so daß schrittweise Korrekturen zu f0 bestimmt werden, als auch Reihenentwicklungen ohne eine solche Vorgabe (f0 = 1). Dabei kann es sich um eine Entwicklung im Gesamtgeschwindigkeitsraum oder auch um eine solche in Unterräumen desselben handeln. Die Diskussion der mathematischen Situation zeigt, daß bei Verwendung eines hinreichend einfachen, den jeweils benutzten Koordinaten ent‐sprechenden Funktionssystems zum Aufbau der verallgemeinerten Polynome sich durch die Vorgabe von f0 die üblichen Reihendarstellungen als notwendige Folge ergeben und als besonders zweckmäßig erweisen. Sie laufen nämlich auf eine Approximation der (auf f0 normierten) Verteilungsfunktion im quadratischen Mittel mit einer Gewichtsfunktion p hinaus, wo p gerade zu f0 gewählt wird.
Direkte Messung der Ladungsträgerdrift im Säulenkopf einer Argon‐Niederdruck‐Glühkathodenentladung im axialen Magnetfeld
Authors: Michel G. , Rothhardt L.
Published: July 2007

Es wird über Ort und Struktur des Kopfes der positiven Säule einer Argon‐Niederdruck‐Glühkathodenentladung im axialen Magnetfeld und über die direkte Messung der Elektronen‐ und der Ionendrift im Gebiet dieses Kopfes berichtet. Die Messung von Kopfstruktur und ‐position in Abhängigkeit von der Stärke des Magnetfeldes erfolgte über die Wechsellichtemission. Zur Messung der Ladungsträgerdrift wurde eine spezielle Doppelsonde benutzt.
Temperatur‐ und Konzentrationsprofile für ein nichtthermisches Sauerstoffplasmamodell
Authors: Bachmann P. , Kastelewicz H.
Published: July 2007

A simple cylinder symmetric oxygen plasma model is used to calculate the radial dependence of the gas temperature and ozon concentration for given electron temperature profiles.
Untersuchungen an polymerisierenden Plasmen der Benzol‐Edelgas‐Glimmentladung. Teil II. Messungen des Wachstums und Analyse von Polymerschichten bei Benzolzumischungen von 5% zu Argon
Authors: Görss E. W. , Deutsch H. , Sabadil H.
Published: July 2007

Es wurde das Polymerschichtwachstum auf der Rohrwand in strömendem Argon bei Benzolzumischungen von etwa 5 Volumenprozent untersucht. Diese Messungen lieferten folgende Resultate: In einer bestimmten Entfernung von der Gaseinlaßstelle tritt ein Maximum der Polymerschichtbildung auf, welches sich mit wachsendem Strom und abnehmendem Gasdruck entgegengesetzt zur Gasstömung verschiebt.

Als Bestandteile des niedermolekularen Polymers ergaben sich folgende stabile Produkte: Diphenyl, Methyldiphenyl, Fluoren, Diphenyl‐phenylmethan, o‐Terphenyl, Pyren, Dihydropyren, Methylterphenyl, p‐Terphenyl, Triphenylen und Quaterphenyl. Die zu diesen Produkten führenden Reaktionen werden diskutiert.
Längsfeldstärke, Elektronentemperatur, mittlere Neutralgasdichte, Ionenstromdichte auf die Wand und mittlere Entladungsstromdichte in der Freifallsäule bei hohem Ionisationsgrad
Authors: Valentini H.‐B.
Published: July 2007

On the basis of a foregoing paper new theoretical results for the positive column at low pressure and strong ionization, especially for discharges in noble gas ion lasers, are given. The mean velocity vn0 of the neutral atoms reemitted from the wall is taken into account. The electric conductivity is calculated for an argon plasma. The formulas connecting the electron temperature, the mean neutral gas density, and the electric field strength are derived. The electron temperature, the axial electric field intensity, the degree of ionization, the axial electron drift velocity, the ion flux to the wall, and the force density causing the main part of gas pumping along the column are calculated as functions of the product of the mean current density and the tube radius, and of vn0 for argon. The axial drift velocity of the electrons is still smaller than the mean thermal electron velocity for high discharge currents, except at very low gas pressures. In general, the ion flux to the wall is not directly proportional to the discharge current. The factor for the determination of the charged particle density by means of probe measurements at the wall is discussed. The self‐magnetic field affects the discharge only at high electron temperature, high degree of ionization, and relatively large tube radius, i.e. at high current density and low gas pressure in not too narrow discharge channels.
Zur Diagnostizierung thermischer Bogenplasmen in abgeschlossenen Entladungsgefäßen
Authors: Worm M.
Published: July 2007

Es wird ein Verfahren beschrieben, mit dem es gelingt, einerseits ohne Eingriff in das Plasma, also ohne Beimengungen eines Thermometerelements, ohne Sonden und ohne zusätzliche Druckmeßeinrichtungen, andererseits mit experimentell leicht realisierbaren Mitteln, insbesondere mit von außen meßbaren Größen, die Temperatur und den Brenndruck einer in einem abgeschlossenen Gefäß betriebenen Bogenentladung zu bestimmen, wenn das mittlere Quadrat der effektiven Kernladungszahl \documentclass{article}\pagestyle{empty}\begin{document}$ \overline {(Z + s)^2 } $\end{document}bekannt ist bzw. eine es enthaltende Größe α. Wie eine Fehlerabschätzung zeigt, läßt sich auf diese Weise die Temperatur mit großer Genauigkeit angeben.
Determination of the ambipolar field in medium pressure neondischarges using radioactive tracers
Authors: Baghuis L. C. J. , Prins M. , Hagedoorn H. L. , Heide J. A. V. D.
Published: July 2007

Measurements of the ambipolar field in the positive column o fneondischarges with pressures of 100 and 200 torr and currents between 5 and 100 mA are presented. For these measurements a new diagnostic method which involves the use of radioactive tracers was developed. The experimental results are compared with predictions derived from a theoretical model of the positive column. The agreement appears to be fairly good.
Zur Ausbreitung von Ionenschall‐Instabilitäten in schwach ionisierten Plasmen unter Berücksichtigung eines Potentialgradienten
Authors: Leven B. , Reetz M.
Published: July 2007

A dispersion relation for the ion‐acoustic instability in a dc‐discharge is derived. The dc electric field term in the linearized Vlasov‐equation is not neglected, and the ion drift velocity is taken into account. Collisions of the electrons and ions with the neutrals are considered on the basis of a Davy‐dov‐collision term. The influence of the dc field and the ion drift leads to higher values of the spatial growth rates in the low frequency range and a shift of the maximum of the growth rates and the high frequency boundary of the unstable waves toward lower frequencies. The phase velocity diminishes, what is, above all, a result of the consideration of the ion drift velocity.
Momentum Space Diffusion from Spatially Amplified Waves in a Plasma in a Magnetic Field
Authors: Lehmann H. ‐R. , Treumann R.
Published: July 2007

Quasilinear equations for relativistic plasmas in external magnetic fields are derived for the case of spatially growing wave turbulence. This generalizes the well‐known quasilinear approach to an amplifying relativistic plasma. The equations can be cast in condensed momentum‐space diffusive form. The diffusion tensor is given. As a result an inhomogeneity is produced in the space charge distribution giving rise to the development of a second‐order field‐aligned dc electric field. A general formula for the electrostatic potential is presented, which is specialised to the case of ion‐cyclotron turbulence. Here the field points out of the interaction region.
Untersuchungen an polymerisierenden Plasmen der Benzol‐Edelgas‐Glimmentladung. Teil III Experimentelle und theoretische Untersuchungen zum Wachstum von Polymerschichten bei kleinen Benzolzumischungen (10–2%)
Authors: Deutsch H. , Görss E. W. , Sabadil H.
Published: July 2007

Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wird über Messungen der Wachstumsrate von Polymerschichten auf der Entladungsrohrwand im Bereich der positiven Säule in Neon (p = 1,6 Torr, i = 2 mA) und in Argon (p = 1,9 Torr, i = 2 mA) bei einem C6H6‐Partialdruck von 4 · 10−4 Torr berichtet.

Die durchgeführten Berechnungen der Wachstumsraten aus den Plasmaparametern gehen von der Annahme aus, daß die Schichtbildung maßgeblich durch den radialen ambipolaren Diffusionsstrom der Elektronen und Ionen zur Rohrwand bestimmt wird. Entsprechend dieser Vorstellung erfolgt eine Modifizierung der Grundgleichungen, die in der Literatur bereits für die Elektronenstrahlpolymerisation bzw. für die Polymerisation auf den Elektroden von Gasentladungen hergeleitet wurden.

Es zeigt sich, daß die Ionenkomponente um etwa den Faktor 8 wirksamer ist als die Elektronenkomponente. Diese Tatsache erklärt auch die Beobachtung, daß im Ar‐C6H6‐Gemisch bei vergleichbaren Strom‐ und Druckbedingungen das Schichtwachstum merklich kleiner als im Ne‐C6H6‐Gemisch ist.
Zum Charakter der teilkorrelierten Fluktuationserscheinungen in Argon‐Niederdruck‐Schwachstrom‐Säulen im transversalen Magnetfeld
Authors: Ose E. , Rothhardt L.
Published: July 2007

The elementary theory of ionization waves, given by Pekárek, is modified to include the influence of a magnetic field. The resulting dispersion ralation delivers an interpretation of the wave phenomena in argon low‐pressure low‐current columns under the influence of a local transversal field. The suppresion of ionization waves by weak magnetic fields as well as the excitation of wave‐packet‐like fluctuations in the case of strong magnetic fields can be shown.
Die spektrale Verteilung der Kontinuumstrahlung diffuser und kontrahierter positiver Säulen der Edelgasmitteldruckentladungen im sichtbaren und nahen UV‐Bereich
Authors: Pfau S. , Rutscher A. , Winkler R.
Published: July 2007

Es wurde die spektrale Verteilung der Elektronen‐Atom‐Bremsstrahlung in Edelgasen (Ne, Ar) für reduzierte elektrische Feldstärken E/p0 = 0,07…︁2 V/cm Torr und Ionisierungsgrade ne/N = 0 bis 10−3 berechnet und mit Messungen am Plasma der diffusen und kontrahierten Mitteldrucksäule (Ar) verglichen. Im gesamten erfaßten Bereich zwischen 200…︁700 nm konnte eine gute Überein‐stimmung zwischen Experiment und Theorie festgestellt werden. In der kontrahierten positiven Säule basiert die Emission der Bremsstrahlung auf einer Elektronenkinetik, die wesentlich durch die Coulomb‐Wechselwirkung beeinflußt wird. Der Vergleich zwischen Theorie und Experiment eröffnet hier die Möglichkeit einer Überprüfung des Fokker‐Planck‐Terms in der kinetischen Gleichung. Das Plasma der diffusen positiven Säule erweist sich zur Entwicklung eines absoluten Standardstrahlers im sichtbaren und nahen UV‐Bereich als geeignet.
Stationary Propagation of Coupled Nonlinear High Frequency Waves and Ion‐Acoustic Waves in a Plasma
Authors: Baumgärtel K. , Zchakaja D.
Published: July 2007

Stationary solutions of the coupled equations for high frequency transverse waves in a plasma and for the low frequency ion motion (Te≫Ti) are investigated numerically. The use of the nonlinear hydrodynamic equations instead of the linear wave equation for ion acoustic waves allows to look for solutions without restrictions of the Mach number M = V/cs (V group velocity, cs ion acoustic velocity) and the ratio ω/ωpe (ω frequency of the HF‐field, ωpe electron plasma frequency at the undisturbed region). In particular, supersonic soliton‐like solutions with n/no > 1 were found. Dispersion effects due to charge separation are not included.
Untersuchungen zur chemischen Struktur von Glimmpolymerschichten aus Hexamethyldisiloxan (HMDS)
Authors: Möller W. , Schmidt M.
Published: July 2007

The structure of thin polymer films formed on the wall of the discharge tube (r = 2 cm) in the region of the positive column of a low pressure glow discharge (i = 40 mA, p = 0,5 Torr) with flowing gas (mixture of Ar and HMDS, pAr/pHMDS = 10/1, v = 10 cm/s) is investigated with IR spectroscopy, elementary analysis and mass spectrometry.

The IR‐spectrum of the thin film is similar to the spectrum of HMDS. The increase of the ratio of the concentration of CH2‐ to CH3‐groups with growing distance from the HMDS input indicates an increasing cross linking of the polymer film. The dissociation of the HMDS molecule in the plasma is proposed as the first step of film building reactions.
Non‐Equilibrium Effects in He‐Ar‐H Arc Plasma
Authors: Musielok J.
Published: July 2007

A plasma composed by helium, argon, and hydrogen in a cascade arc of MAECKER‐SHUMAKER type was examined in this paper. The spectrum of the studied plasma was recorded on the spectral plates by means of a STE 1 spectrograph. A photographic spectrophotometry method was used to determine the intensity and profiles of selected HeI, ArI, ArII, and H lines. On the grounds of the experimental results a spectroscopic diagnostics of the studied plasma has been made using different methods. It was found that there are the non‐equilibrium effects in those plasmas. Observed diversions from the local thermodynamic equilibrium (LTE) could be explained on the grounds of the partial LTE model given by DRAWIN.
Untersuchungen über das dynamische Verhalten des Säulenplasmas einer Neon‐Niederdruckentladung bei mittleren Ionisierungsgraden 10−6–10−4. II. Ersatzstromkreis und Übergangsverhalten
Authors: Deutsch H. , Pfau S.
Published: July 2007

Ausgehend von der im I. Teil der Arbeit dargelegten Beschreibung des dynamischen Verhaltens werden die Ersatzschaltbilder der Starkstrom‐Niederdrucksäule abgeleitet und deren Existenzbereiche aufgezeigt. Untersuchungen von Einstellprozessen der Starkstrom‐Niederdrucksäule bei impulsartigen Änderungen des Entladungsstromes ergänzen die Betrachtungen zum dynamischen Verhalten bei mittleren Ionisierungsgraden.
Linear and Nonlinear Wavetransformation and Absorption in the Inhomogeneous Plasma Capacitor
Authors: Heymann P. , Prinzler H.
Published: July 2007

The parametric decay process in inhomogeneous layers existing near the plasma boundaries or in front of antennas and probes in a plasma has been investigated. The linear enhancement of the pump field near ω = ωp, the threshold fieldstrength, the wavenumber selection rules and the influence of spontaneous low frequency fluctuations are discussed in detail using a one‐dimensional model of the inhomogeneous plasma capacitor. According to this model the instabilities appear in the layers with maximum linear transformation and (linear) absorption. In addition, a strong nonlinear part of absorption in the presence of the instability has been observed.

The level of the spontaneous low frequency fluctuations influences strongly the spectrum of the parametrically excited ion waves. The experiments show a redistribution of the transferred ion acoustic wave energy over the whole wave continuum up to ωpi, if a sufficient strong spontaneous fluctuation level exists in the plasma. It is impossible, however, to excite ion acoustic turbulence by the decay of the high frequency pump field under the present conditions. The conditions for the linear field enhancement are disturbed by the action of the ponderomotive forces changing the density profile near the critical point before reaching the strong pump amplitude being necessary for the excitation of a cascade of decay processes.
Numerical Studies on the Parametric Ion‐Acoustic Instability
Authors: Baumgärtel K.
Published: July 2007

A numerical treatment of the kinetic dispersion equation for ion‐acoustic waves in a plasma exposed to a high frequency pump field is presented. Maximum growth rates for both the decay and the purely growing instability are calculated as functions of the pump frequency and the pump power. A static electron drift velocity is included.
Parametrische Phononen‐Turbulenz im Feld zweier zirkular polarisierter UHF‐Wellen
Authors: Andrejew N. E. , Sünder D.
Published: July 2007

The interaction of two strong circulary polarized u.h.f. pump waves with a fully ionized homogeneous plasma is considered. If the difference Ω of their frequencies is near or smaller than twice the ion plasma frequency phonons can be parametrically excited. The threshold value (E0E1)s for this decay‐process depends on Ω and the dissipative effects in the plasma. After exceeding the thermal level the phonons are stabilized due to the scattering by the ions. The evolution of the parametrically excited phonon turbulence and the transition into a stationary state are described by a nonlinear integro‐differential equation for the spectral energy density of the phonons. This equation is solved analytically as well as numerically and it is shown, that the phonon turbulence is strongly influence by the propagation directions of the pump waves and the ratio of electron‐ to ion‐temperature.
Zur mikrophysikalischen Beschreibung des schwachionisierten Säulenplasmas von Glimmentladungen in Stickstoff‐Neon‐Gemischen. II. Aus der kinetischen Gleichung berechnete Transportgrößen, Stoßfrequenzen und Energieverlustraten der Elektronen des Mischplasmas
Authors: Winkler R. , Pfau S.
Published: July 2007

In Fortführung der in [1] mitgeteilten experimentellen Untersuchungen und Berechnungen des Isotropteiles der Geschwindigkeitsverteilungsfunktion der Elektronen im schwachionisierten Plasma in Stickstoff‐Neon‐Gemischen werden in diesem Beitrag die Ergebnisse der Berechnung von makroskopischen Größen der Elektronen, wie die mittlere Energie, die Transportgrößen, die Stoßfrequenzen für Anregungsprozesse der untersten Niveaus der Mischungskomponenten, die Direktionisierungsfrequenzen und die Townsendschen Ionisierungskoeffizienten des Mischplasmas sowie die verschiedenen Energieverlustraten für die einzelnen elastischen und unelastischen Stoßprozesse im Mischplasma mitgeteilt und diskutiert. Die Berechnung der makroskopischen Größen erfolgte im auf den Totaldruck bezogenen elektrischen Feldstärkebereich von 1–40 V/(cm Torr) und für beliebige Zusammensetzung des Mischplasmas zwischen den Grenzen der reinen Plasmen in N2 bzw. in Ne.
[Russian Text Ignored]
Authors: [Russian Text Ignored]
Published: July 2007

The plasmon turbulence parametrically excited by two strong external waves with a frequency difference close to twice the electron plasma frequency is investigated in underdense plasmas. The nonlinear stabilization of the growing plasmons due to scattering by ions is described by a nonlinear integro‐differential equation for the spectral plasmon energy density. The dependence of the turbulent relaxation of the plasmon energy and its stationary level on the parameters of the plasma and the pump waves is given by analytical and numerical solutions of this equation.
Untersuchungen der kontrahierten Edelgassäule bei mittleren Drücken II. Meßergebnisse in Argon
Authors: Venzke D.
Published: July 2007

In this work plasma parameters of the constricted argon discharge have been determined by an iterative method. For the conditions 20 ⩽ Rp ⩽ 300 cm Torr and 0,05 ⩽ i/R ⩽ 2,5 A/cm the electron density, the electron temperature, and the gas temperature are obtained. These results are compared with measurements and calculated values of other authors. With the exception of the determination of gas temperatures at 2,5 A/cm the agreement between our results and the measurements of some other authors is satisfactory.
Zur mikrophysikalischen Beschreibung des schwachionisierten Stickstoffmolekülplasmas der positiven Säule von Glimmentladungen. III. Elektronenkinetische Kenngrößen unter Berücksichtigung der Dissoziation durch direkten Elektronenstoß
Authors: Pfau S. , Winkler R.
Published: July 2007

Die Ergebnisse einer Berechnung der makroskopischen Kenngrößen der Elektronen für das schwachionisierte Stickstoffmolekülplasma im reduzierten Feldstärkebereich von 1 V/(cm Torr) bis 100 V/(cm Torr) aus der homogenen stationären Boltzmanngleichung unter Berücksichtigung der direkten Dissoziation durch Elektronenstoß werden mitgeteilt. In Fortführung der vorangegangenen Untersuchungen [1, 2] konnte ein auch die direkte Dissoziation der N2‐Moleküle berücksichtigender Satz von Wirkungsquerschnitten aller wesentlichen Elektronen‐Molekülstoßprozesse festgelegt werden, welcher eine gute Beschreibung der Geschwindigkeitsverteilung und einiger experimentell bestimmter makroskopischer Größen der Elektronen erlaubt.
Trivelpiece‐Gould‐Modes in an Axial Inhomogeneous Plasma
Authors: Prinzler H. , Heymann P.
Published: July 2007

Experiments on the propagation of TG‐modes in a weakly inhomogeneous plasma are reported. The modes travel from the high density part (ω < ωpe) to that of lower density (ω > ωpe). The wavelength decreases as expected but an increase of the longitudinal fieldstrength predicted by collisionless theory could not be observed. Two nonlinear effects appear one after another with increasing wave amplitude. These are the sideband instability and a decay into the drift frequency range occuring in the whole plasma column. Neither the region ω ≈ ωpe nor the very vicinity of the exciter antenna are distinguished. The second instability is accompanied by effective electron heating.
[Russian Text Ignored]
Authors: [Russian Text Ignored]
Published: July 2007

The stability of the electromagnetic plasma confinement by powerful external s‐polarized pump waves is considered. The parametric excitation of standing electromagnetic waves along the plasma boundary with frequencies close to the frequency of the pump wave leads to a periodic density modulation of the plasma boundary. The density disturbances along the direction of the external wave field are connected to the excitation of transverse p‐polarized surface waves while the modulation in the direction perpendicular to the pump field are created by the parametric interaction between the external wave and s‐polarized trapped leaking oscillations. Only when the leaking waves are excited the scale length of the modulation is larger than half the free space wave length of the incident radiation.
Die Relaxation der Geschwindigkeitsverteilungsfunktion der Elektronen im homogenen Feld mit elastischen und anregenden Stößen. III. Die Einstellung des periodischen Verhaltens der Elektronen‐komponente im elektrischen Feld großen Modulationsgrades
Authors: Wilhelm J. , Winkler R.
Published: July 2007

In Fortführung der kinetischen Untersuchungen zum periodischen Verhalten der Elektronen‐komponente eines schwachionisierten Ne‐Plasmas einer Glimmentladung im periodischen elektrischen Feld [4] großen Modulationsgrades wird im folgenden Beitrag das Einstellverhalten der Isotropverteilungsfunktion der Elektronen und der hieraus folgenden wichtigsten makroskopischen Kenngrößen in den periodischen Zustand numerisch berechnet und physikalisch interpretiert. Auf der Basis der nichtstationären Boltzmanngleichung wird einerseits das Einstellverhalten bei unterschiedlichen Gleichfeldanteilen und annähernd konstantem Modulationsgrad verfolgt. Durch ent‐sprechende Variation der Periodendauer des elektrischen Feldes und ausgehend von verschiedenen stationären Anfangszuständen wird es möglich, den Einstellvorgang und die ihn charakterisierende normierte Einstellzeit ausgehend von der Grenze eines praktisch momentanen Einstellverhaltens bis hin zur Einstellung in der Nähe der durch sehr kleine Modulationsgrade der Isotropverteilung charakterisierten Hochfrequenzgrenze zu analysieren. Andererseits wird der Einfluß einer Änderung des Modulationsgrades auf den Einstellprozeß und auf die normierte Einstellzeit untersucht und physikalisch gedeutet. Dabei erweist sich das Spektrum der allen Momentanwerten des periodischen elektrischen Feldes zugeordneten Einstellzeiten stationärer Zustände [2] auch hier als grundlegend für die physikalische Interpretation des Einstellvorganges in periodische Zustände. Insgesamt ergeben sich größenordnungsmäßige Änderungen der Einstellzeit des periodischen Zustandes bei entsprechender Variation der Parameter des elektrischen Feldes.
The Theory of the Low‐Pressure, High‐Current Discharge Column: The Influence of the Degree of Ionization and of the Neutral Gas Temperature on the Radial Profiles of the Charged Particle Density, the Neutral Gas Density, and on the Electron Temperature
Authors: Valentini H.‐B.
Published: July 2007

To give a theoretical description of the low‐pressure positive column at high degrees of ionization under ambipolar and under free‐fall conditions, the differential equations for the first two and the first three moments of the velocity distribution functions of the atoms, the ions, and the electrons are derived. In particular, to close the set of the equations in a physically reasonable manner, typical features of the discharge in the free‐fall regime are taken into consideration by the statements for the heat flux tensors of the ion gas and of the neutral gas. Numerical solutions are given for the radial profiles of the number density, of the radial drift velocities, and of the radial and the azimuthal temperatures in the ion gas and in the neutral gas. The charged particle density profile is broadened under diffusion conditions, if the electron temperature and the degree of ionization increase. In the free‐fall regime the charged particle density profile depends only weakly on the electron temperature and is slightly constricted if the degree of ionization increases. The degree of ionization affects the density profiles of the charged particles and the neutral gas under ambipolar diffusion conditions more than under free‐fall conditions. Rising neutral gas temperature leads to a weak narrowing of the charged particle density in both regions. The electron temperature depends only weakly on the forms of the density profiles of the charged particles and of the neutral gas. Furthermore, the ion flux density to the wall and the wall potential are calculated in dependence on the degree of ionization and on the neutral gas temperature.
Untersuchungen zum Einfluß der Plasmaparameter auf die Löslichkeit von Glimmpolymerschichten aus Hexamethyldisiloxan (HMDS)
Authors: Schmidt M. , Maass M. , Möller W.
Published: July 2007

Durch Sondenmessungen an einer durchströmten Argon‐HMDS‐Glimmentladung bestimmte Werte für den axialen Potentialgradienten, die Temperatur und die Dichte der Elektronen erlauben eine Diskussion von Ursachen der Löslichkeitsänderung der unter diesen Bedingungen abgeschiedenen Glimmpolymerschichten. Es wird ein Modell vorgeschlagen, wonach das Absinken der Löslichkeit auf eine Mehrfachradikalbildung im Volumen zurückgeführt wird. Betrachtungen zum Energieumsatz bei der Schichtbildung werden durchgeführt.
Dispersion Theory of Self Excited Ion Acoustic Waves in a Hot Cylindrical Plasma. I. The General Formula
Authors: Goepp X. , Leven R.
Published: July 2007

Starting from the system of the Vlasov‐Poisson equations, a closed equation for the potential of the electrostatic field of ion acoustic waves in a hot cylindrical plasma with drifting electrons is found. For the electrons ideal reflection at the plasma boundary is supposed. From this equation in a first approximation a dispersion relation is derived, which includes dispersion equations presented in the literature for special cases.
Wave Propagation in Waveguide Filled with Hot Collisional Plasma
Authors: Phalswal D. R. , Varma N. L.
Published: July 2007

For a cylindrical waveguide filled with hot, collisional and homogeneous plasma, the dispersion relation is derived and discussed for particular cases of interest. It is observed that the collision frequency (v) and thermal velocity (v0) have a significant effect in damping of low frequencies waves at the wall of the wageguide.
Die Eigenschaften stationärer Hochstrom‐Niederdruckentladungen in Edelgas‐Ionen‐Lasern
Authors: Ebert W.
Published: July 2007

Discharges at high current densities and low pressures in the transition region from free fall to ambipolar diffusion conditions are the laser media of noble gas ion lasers. A short review of well known discharge theories of low pressure discharges is given.

Experimental results of discharge parameters and plasma data obtained for different ion laser tubes are described. Wall probes were used to measure the electron temperature, the current density of the positive ions at the wall, and the mean electron density. Optical methods provided measurements of axial ion temperature, axial temperature of the neutral gas, and the mean drift velocity of the positive ions.

For electron temperatures higher than 4 eV, the energy ballance, the electrical field intensity, the axial drift velocity of the ions and the electrons, the mean neutral gas density and the degree of ionization are in agreement with the results from the free fall theory.
Unified System of Differential Equations for Plasmas and Boundary Layers
Authors: Valentini H.‐B.
Published: July 2007

Starting from the Boltzmann equation the moment equations up to the third order for a non‐quasineutral plasma are derived. It is shown that for a non‐quasineutral plasma, in the distinction from the second order set of moment equations, the systems of the first order and of the third order can be closed in a physically reasonable manner by a relatively simple method when near the walls the ion gas has a high drift velocity caused by an electric field. From this follows that in non‐quasineutral plasmas the ion pressure must be neglected in the first order set of equations consisting of the equations of continuity and of momentum transfer. Terms of the first order in the ion pressure related to the electron pressure are taken into consideration for the third order system. In this way one obtains a unified set of differential equations to treat both the quasineutral plasma core and the space charge sheath at the walls jointly taking into account a non‐vanishing ion temperature. This set of equations is applied to the positive column in the free‐fall regime.
On Nonlinear Resonant Absorption of Surface Waves
Authors: Gradov O. M. , Stenflo L. , Tegeback R. , Sünder D.
Published: July 2007

We consider the resonant absorption of surface waves in a cold electron plasma by taking into account the nonlinear change in the electron density profile which is caused by the wave pressure in the transition layer. Equations, which describe the time evolution of the amplitudes of the electric fields of the surface waves, are obtained and solved. It is shown that the time‐behaviour of the surface waves can be significantly different from that obtained from linear theory, and nonlinear effects can thus change the rate of absorption of the surface wave energy and can also stabilize linear surface wave instabilities.
Drifting Electron Effects on Strongly Non‐Linear Ion‐Acoustic Solitons
Authors: Leven R. , Steinmann W.
Published: July 2007

The influence of drifting electrons on the properties of ion acoustic solitons is discussed. The range of Mach numbers within which solitary waves are possible and the dependence of soliton velocity on amplitude are given. It is shown that solitary waves exist for Mach numbers M < 1 in the presence of drifting electrons.
Nonideal Plasma Generation by Mechanical Compression
Authors: Buschig D. , Clemens G. , Finn T. , Hess H. , Metzke E. , Wirsig M.
Published: July 2007

Nonideal plasmas have been generated by mechanical compression with a so‐called ballistic compressor. The Debye numbers reached were 0.4 in argon and 0.2 in xenon. The experimentally determined pressure, specific volume, and temperature are compared with calculations of the compression using different models of the charged particle interaction. This comparison shows that heat losses may take an essential part in the interpretation of the experimental results.
Modifications of the Surface of a Stainless Steel Limiter During Operation in the T‐10 Tokamak
Authors: Hildebrandt D. , Laux M. , Lingertat J. , Pech P. , Reiner H.‐D. , Strusny H. , Wolff H.
Published: July 2007

Parts of a stainless steel limiter used in the T‐10 tokamak for about 1000 discharges have been analyzed by several standard analysis techniques as SEM, EDS, SAM, AES, RBS and SIMS with respect to modifications of surface structure and chemical composition. Erosion phenomena due to melting and evaporation, arcing, and sputtering could be observed on limiter parts exposed to the plasma flux. In these regions the chemical composition was changed only slightly, whereas in regions shielded by other internal structures of T‐10 impurity layers with a thickness up to about 3000 Å were deposited.

Additionally on the limiter surface there has been found a considerable number of microscopic particles. They seem to originate from different internal components of T‐10, as the fixed W/Mo‐limiter, a Ti‐anode, and Inconel made parts of the vessel.
Verallgemeinerung der Methode der singulären Normallösungen für isotherme irreversible Vlasov‐Systeme
Authors: Vojta G. , Mocker M.
Published: July 2007

Irreversible Vlasov‐Systeme, d. h. Systeme, die durch eine kinetische Gleichung vom Vlasov‐Typ mit zusätzlichen entropieproduzierenden Stoßtermen zu beschreiben sind, werden mit der Technik der singulären Normalmoden und singulären Integralgleichungen untersucht. Dazu wird eine neue indirekte Methode entwickelt, die eine einfache Verallgemeinerung des ursprünglich für stoßfreie Vlasov‐Plasmen entwickelten Formalismus von Case gestattet, im Gegensatz zu einer komplizierteren Methode, die von den Autoren für eine erstmalige Anwendung des Formalismus der singulären Normalmoden auf irreversible Vlasov‐Systeme angegeben wurde (1970). Der linearisierte Vlasov‐Operator, der durch vollständige Bhatnagar‐Gross‐Krook‐Stoßintegrale als die wichtigsten Modellstoßterme vervollständigt ist, wird für ein nichtrelativistisches, nichtentartetes, stationäres Elektronengas mit neutralisierenden positiven Ionen und neutralen Teilchen ohne Magnetfeld und bei konstanter Temperatur im Detail untersucht, Verallgemeinerungen auf kompliziertere irreversible Vlasov‐Systeme sind möglich. Der wesentliche Punkt der entwickelten indirekten Methode ist die Einführung einer transformierten Elektronen‐Verteilungsfunktion, die als additives Glied ein Integral über die gewöhnliche Verteilungsfunktion enthält. Die neue kinetische Gleichung und ihre adjungierte Gleichung werden wieder lineare Integralgleichungen und liefern einen Satz von regulären und singulären Normalmoden, für die der Beweis der Orthogonalität und der Vollständigkeit angegeben wird. Das Anfangswertproblem wird exakt gelöst. Ein Vergleich der Ergebnisse mit denen der Laplace‐Transformationstheorie nach Landau, die für die volle Vlasov‐BGK‐Gleichung formuliert wird, ergibt Übereinstimmung der Lösungen. Das Zeitverhalten der Lösungen wird diskutiert.
Methods of Wall Charge Determination in External Electrode Gas Discharges. II. Preliminary Tests, Comparison of Methods, Distributions
Authors: Kindel E. , Arndt R.
Published: July 2007

First experiments with the arrangement described in part I of this paper resulted in three spurious effects: shifting of characteristic values due to ageing effects, dissymmetric behaviour of wall charges and currents with respect to the voltage pulse sign, and backfiring. The comparison between the direct and the indirect methods demonstrated the sensitivity of the indirect ones to uncertainties and variations in effective cell capacities. The wall charge density distributions are axially symmetric and can be described in the electrode range by ƒ (x) = ae.
Teilprozesse bei der Ozonerzeugung mittels stiller elektrischer Entladungen. Teil II: Die Ozon‐ und Stickoxydbildung im Ozonisator
Authors: Hirth M.
Published: July 2007

Die Arbeit untersucht die Ozonerzeugung und den Einfluß von Stickoxyden bei der Betreibung eines Siemens‐Ozonisators mit Luft als Arbeitsgas. Sie zeigt im einzelnen die Anwendung der bekannten Ozon‐Reaktionsgleichungen bei einer stillen el. Entladung, die Ortsabhängigkeit der Ozonkonzentration und Stickoxydkonzentration im Ozonisator, die Ozon‐Gleichgewichtskonzentration als Funktion der Temperatur und das Zusammenspiel zwischen Ozon und Stickoxyden im Ozonisator.
Spectral Investigation of an a. c. Plasma Display
Authors: Musa G. , Nâastase L. , Trache M.
Published: July 2007

The work presents the spectral investigations on an a.c. plasma display, in order of a better understanding of the physical phenomena taking place in such a device. The spectral characteristics of the panel filled with a Penning mixture Ne + 0.1% Ar are presented and the influence of the nitrogen addition on these characteristics was evidentiated. The presence of the trace of nitrogen in the device may be used in order to evidentiated. The presence of the trace of nitrogen in the device may be used in order to evidentiate small leaks or imperfections in pumping and outgasing processing of the display.
Macroscopic Equations for a Multicomponent Plasma
Authors: Hebenstreit H.
Published: July 2007

From the balance equations for partial quantities we derive equations for lumped quantities, e.g. a generalized Ohm's law. They are especially useful for a three‐component system (electrons, one species of ions and neutral particles). Certain conditions are derived and investigated to describe a plasma with more than three components by the lumped quantities.