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Higher Harmonics and Transport Coefficients of Plasmas in Circulary Polarized Magnetic Fields and Additional Electromagnetic Fields
Authors: Kirsten T. , Vojta G. 
Published: July 2007

AbstractWith the methods of kinetic theory on the basis of the Boltzmann and Fokker‐Planck kinetic equations the behaviour of a Lorentz plasma in a circularly polarized (rotating) magnetic field (rotation frequency ω), an alternating electric field (frequency ω′) and additional constant electromagnetic fields is investigated. By means of a generalized Fourier expansion it is shown that the above fields create in the plasma currents of the frequencies 0, ω′, ω–ω′,ω, ω+ω′, 2ω–ω′, 2ω, and 2ω+ω′. Transport coefficients are calculated explicitly and the validity of Onsager reciprocity relations and that of Kronig‐Kramers relations is discussed. The special case of the electric field induced by the rotating magnetic field is treated separately. Finally, problems of plasma containment are discussed.
Die Änderung einer Halb‐MAXWELL‐Verteilung der Elektronen im beschleunigenden elektrischen Feld
Authors: v. Specht H. , Winkler R. 
Published: July 2007

AbstractAuf der Grundlage der stoßfreien Boltzmann‐Gleichung wird die Berechnung der Änderung einer Halb‐Maxwell‐Verteilung im beschleunigenden elektrischen Feld durchgeführt.Neben der Zerlegung der Geschwindigkeitsverteilungsfunktion in den isotropen und an‐isotropen Teil wird eine quantitative Gegenüberstellung des isotropen und des anisotropen Anteiles der Verteilungsfunktion im beschleunigenden elektrischen Feld vorgenommen. Die für den isotropen Teil erhaltenen Ergebnisse stimmen mit den von Medicus [1] auf anderem Wege abgeleiteten Beziehungen überein.
Räumliche Echos von Ionenschallwellen in Niederdruckentladungen
Authors: Hinzpeter G. 
Published: July 2007

AbstractDie experimentellen Ergebnisse sprechen für das Auftreten von räumlichen Ionenschallwellenechos im Plasmatyp einer Gleichstrom‐Niederdruckentladung mit Glühkatode. Die sich in Richtung zur Anode ausbreitenden „Vorwärts”︁‐Wellen sind dispersionsfrei und vom Typ der ionenakustischen Wellen. Primär‐ und Echofrequenzen liegen weit unterhalb der Ionenplasmafrequenz. Bei kleinen Primäramplituden wird das erwartete Echo‐Verhalten bezüglich Amplitude, Ort usw. beobachtet. Echos höherer Ordnung wurden gleichfalls festgestellt.
Untersuchung von Fluktuations‐ und Wellenerscheinungen in Argon‐Schwachstrom‐Niederdruck‐Entladungen unter dem Einfluß eines ‚kurzen”︁ axialen Magnetfeldes
Authors: Wrantschew A. , Popow G. , Rothhardt L. 
Published: July 2007

AbstractEs wird über die Messung der Amplitude laufender Schichten sowie wesentlicher Eigenschaften des Rauschens in einem kurzen Abschnitt der Säule von Argon‐Schwachstrom‐Niederdruck‐Entladungen berichtet, auf den ein axiales Magnetfeld wirkt. Azimutale Störungen oder Instabilitäten konnten nicht beobachtet werden; auch bei Unterdrückung der laufenden Schichten durch Potentialgitter zeigte das Rauschen keine bevorzugte Korrelation in azimutaler Richtung. Die radialen Profile der Ladungsträgerdichte zeigen einen deutlichen Einfluß des durch das Magnetfeld verursachten Rauschens; sie nehmen bei stärkeren Feldern den Charakter von Glockenkurven an.
Zur Emission kontinuierlicher Strahlung aus der positiven Säule einer stromschwachen Quecksilberdampfentladung
Authors: Atajew A. , Rutscher A. , Winkler R. 
Published: July 2007

AbstractEs wurden Relativmessungen der Emission kontinuierlicher Strahlung aus dem Plasma der positiven Säule einer Hg‐Entladung in Abhängigkeit von Druck (1…︁30 Torr), Strom (1…︁50 mA) und Dampftemperatur (130…︁350°C) im Wellenlängenbereich von 2300…︁14000 Å durch‐geführt. Im UV und sichtbaren Gebiet dominiert das bekannte Hg2‐Molekülkontinuum. Die Meßergebnisse unterstützen die Vorstellung, daß die beiden charakteristischen Banden dieses Kontinuums (bei 3300 und 4800 Å) von verschiedenen Zuständen des Hg2‐Moleküls ausgehen. Im infraroten Spektralbereich konnte eine kontinuierliche Ausstrahlung nachgewiesen werden, deren Eigenschaften auf der Grundlage einer Interpretation als Elektronen‐Atom‐Bremsstrahlung zu erklären sind. Von den gemessenen Plasmaparametern ausgehend, erfolgt ein Vergleich des beobachteten Intensitätsverlaufes des IR‐Kontinuums mit den Ergebnissen einer Theorie der Bremsstrahlung in der Hg‐Säule, die eine Berechnung der Strahlungsintensitäten auch unter Berücksichtigung des Einflusses der Coulomb‐Wechselwirkung auf die Elektronen‐Energieverteilung gestattet. Es konnte eine gute Übereinstimmung zwischen Experiment und Theorie festgestellt werden.
Räumliche und zeitliche Korrelation der Lichtfluktuationen in Argon‐Niederdruck‐Schwachstrom‐Entladungen unter dem Einfluß eines lokalen transversalen Magnetfeldes
Authors: Ose E. , Rothhardt L. 
Published: July 2007

AbstractEs wird über Messungen der axialen Verteilung der Gleich‐ und Wechsellichtemission aus einer Argon‐Schwachstrom‐Niederdruckentladung berichtet, die unter dem Einfluß eines lokalen transversalen Magnetfeldes steht. Das Feld verursacht eine verstärkte Lichtemission, deren axiale Verteilung bei stärkeren Feldern nicht symmetrisch zur Feldmitte ist und ein deutliches Maximum am kathodenseitigen Ende des felderfüllten Gebietes aufweist. Danach wird über Messungen der Auto‐ und Kreuzkorrelationsfunktion des Wechsellichtes im magnetfelderfüllten Gebiet berichtet. Eine Auswertung dieser Messungen ergibt u. a., daß ein konvektiver Transport der Fluktuationen in Anodenrichtung erfolgt.
LORENTZ‐Näherung und Bestimmung der Elektronen‐Transportkoeffizienten bei Mitberücksichtigung der Bewegung der schweren Stoßpartner
Authors: Wilhelm J. , Schüller V. 
Published: July 2007

AbstractIn der vorliegenden Untersuchung wird ein Weg aufgezeigt, wie die Bewegung der schweren Stoßpartner bei der Aufstellung der Hierarchie gekoppelter Differentialgleichungen für die Bestandteile der Elektronen‐Geschwindigkeitsverteilungsfunktion berücksichtigt werden kann. Die explizite Durchrechnung erfolgt für die Lorentz‐Nährung, kann grundsätzlich von der Methode her aber auch für höhere Nährungen ausgebaut werden. Das letztere trifft auch auf den Nährungsgrad der Mitberücksichtigung der Bewegung der schweren Stoßpartner zu. Insbesondere wird auf die Auswirkung der Momente der schweren Teilchen in den Ausdrücken für die Elektronentransportkoeffizienten eingegangen.In nachfolgenden Beiträgen [1] wird später das Problem in beliebiger Nährung für die Elektronen‐Geschwindigkeitsverteilungsfunktion noch einmal von einem anderen Stand‐punkt aus untersucht, wobei die tensorielle Darstellung der Kugelflächenfunktionsentwicklung den Überlegungen zugrunde gelegt wird.
Ionization wave as an Instability — Evolution and Nonlinear Effect
Authors: Sato Masumi 
Published: July 2007

AbstractEvolution from the linear growth to the nonlinearly saturated state of ionization waves (moving striations) is investigated from a viewpoint of an instability which appears in a plasma. The experiments were performed observing backward waves excited below the upper critical current Ic in xenon, argon, and argon‐mercury gases at pressures of the order of Torr. It is found that (1) the behavior of the evolution obeys the Landau amplitude equation; (2) the saturated amplitude does not depend on an initial value, but only on plasma parameters; (3) the linear growth and squared saturation level are proportional to the excess over Ic, and when frequency‐controlled, they have a parabolic dependence on the frequency; and (4) nonuniform axial changes in the dc state due to the nonlinear effects appear in a form of enhanced ionization in the plasma where the electron temperature and density are increased. The way of these behavior can be applied to a large number of spatially or temporally unstable modes.
Tensorielle Kugelflächenfunktionsentwicklung des Stoßintegrals für ein schwach ionisiertes Plasma II
Authors: Schüller V. , Wilhelm J. 
Published: July 2007

AbstractA spherical harmonic expansion of the deduced approximation [1] of the collision integral is obtained by expanding the electron distribution in spherical harmonics of the electron velocity. General spherical harmonic tensors are used. From the expansion a hierarchy of partial differential equations for the expansion tensors follows. This hierarchy is equivalent to the Boltzmann‐equation. In this paper the calculations are performed up to linear terms of the approximation.
Die Zündspannung im Bereich des Nahdurchschlages von reinem Quecksilberdampf
Authors: Stamer J.‐H. 
Published: July 2007

AbstractThe breakdown voltage characteristic below the Paschen minimum of a mercury vapour discharge is measured and than calculated under considerations of the elementary processes. It is shown that the secondary electron emission of the cathode by impact of fast neutral atomes becomes very important. Further it can be showed that the S‐form of the breakdown voltage characteristic mentioned in the literature does not appear, and that this apparently refers to condensed mercury on the cathode surface.
Striking and Running Voltages in a Glow Discharge for Combinations Fe/Ne with and without Hg
Authors: Pech P. , Kourtev J. , Orlinov V. 
Published: July 2007

AbstractAn experimental investigation of striking Us and running Ur voltages in a glow discharge for the combinations cathode material Fe—gas filling Ne with and without Hg has been carried out. It has been shown that Hg addings increase running voltage Ur in the whole pressure range p under investigation. At the same time striking voltage Us is decreased in the whole investigated range of Paschen curve. The additional effects, which occur in the discharge with Hg addings, have been discussed. A qualitative explanation of the obtained results is adduced.
Zur linearen Theorie des dynamischen Verhaltens der positiven Säule stromschwacher Edelgasentladungen im Bereich instationärer Elektronenkinetik. I. Aufstellung der linearen Theorie
Authors: Pfau S. , Winkler R. 
Published: July 2007

AbstractAusgehend von der Darlegung der Grundkonzeption einer linearen Theorie des dynamischen Verhaltens werden aus der Boltzmann‐Gleichung der Elektronen unter Berücksichtigung elastischer und anregender Stöße der Elektronen mit den Neutralgasatomen die zur Beschreibung der instationären Elektronenkinetik erforderlichen Bestimmungsgleichungen für die der Elektronenkonzentrations‐und Feldstörung proportionalen Anteile der gestörten Geschwindigkeitsverteilungsfunktion hergeleitet, sowie die im Rahmen der linearen Theorie benötigten, durch die instationäre Elektronenkinetik bestimmten Darstellungen der Bilanzgrößen der Elektronen angegeben. Unter Verwendung dieser Beziehungen erfolgt dann (unter teilweiser Einengung auf ein Neon‐Plasma) die Ableitung der für die lineare Theorie des dynamischen Verhaltens erforderlichen linearisierten Bilanzgleichungen für die Elektronen, metastabilen Atome, Resonanzatome und den axialen Säulenstrom sowie die Darlegung des Übergangs dieser linearen Theorie einerseits zur Theorie mit quasistationärer Elektronenkinetik, andererseits zur durch die Trägheit der schweren Teilchen und der Elektronen bedingten HF‐Näherung.In einem nachfolgenden Teil II werden die hier dargestellte Theorie des dynamischen Verhaltens für das Ne‐Plasma im Nieder‐ und Mitteldruckbereich durchgerechnet und die Ergebnisse dem Experiment gegenübergestellt.
Untersuchungen an Impulsentladungen in N2—He‐Gemischen bei Atmosphärendruck
Authors: Fabian H. , Gündel H. , Seliger K. 
Published: July 2007

AbstractEs wird über Untersuchungen an relativ stromschwachen Impulsentladungen in N2—He‐Gemischen bei Atmosphärendruck berichtet, die z. B. zur Anregung von CO2‐Impulsgaslasern verwendet werden. Strom‐Spannungsmessungen und zugeordnete fotografische Aufnahmen ergaben, daß man je nach den experimentellen Bedingungen 3 verschiedene Entladungstypen erhält, nämlich echte thermische Funken, reine diffuse nichtthermische Entladungen oder gemischte Entladungen, bei denen der Übergang von der diffusen Form in den echten Funken gut zu beobachten ist.Weiterhin ergaben die Untersuchungen, daß das bekannte Funkengesetz von ROMPE‐WEIZEL auf die diffusen und gemischten Entladungen nicht anwendbar ist. Zum Schluß werden die möglichen Ursachen für den Umschlag einer diffusen Entladung in den echten Funken diskutiert.
Plasmaparameter im negativen Glimmlicht von Doppelkatodenentladungen II
Authors: Stieber M. , Stern W. 
Published: July 2007

AbstractDurch Sondenmessungen im Plasma des negativen Glimmlichtes von Doppelkatodenentladungen wird das axiale Trägerdichteprofil und die Elektronentemperatur ermittelt. Daraus lassen sich Angaben über die Diffusionsverhältnisse, insbesondere zur Ionendiffusion in die Katodenfallräume und den dadurch definierten Plasmawirkungsgrad δ gewinnen. Es wird ein deutlicher Anstieg des Plasmawirkungsgrades mit Einsatz des Doppelkatodeneffektes gefunden, der die Zunahme der Rolle der positiven Ionen aus dem gemeinsamen Glimmlicht der Doppelkatode bei der Erfüllung der Stationitätsbedingung zum Ausdruck bringt. Aus dem Verlauf der Gesamtträgerdichte mit dem Katodenabstand kann indirekt geschlossen werden, daß der Pendeleffekt für den Einsatz des Doppelkatodeneffektes nicht entscheidend ist. Die untersuchungen werden in der Niederdruck‐Glimmentladung in He und Ne im Bereich schwach anomaler Entladungen durchgeführt.
Lowering of the Populations of Excited Hydrogen and Helium Atoms in Plasmas Irradiated by a Laser Beam
Authors: Drawin H. W. , Emard F. , Dubreuil B. , Chapelle J. 
Published: July 2007

AbstractThe populations of excited hydrogen and helium atoms in non‐L.T.E. plasmas have been calculated for two different physical situations, namely (i) no external radiation field present, and (ii) strong superposed radiation originating from a CO2, Ruby or Argon Ion Laser. The radiation field intervenes in the collisional‐radiative model via two new terms: Photoionization and stimulated recombination induced by the Laser radiation field. The solutions of the rate equations yield a lowering of the populations when a plasma is irradiated by a Laser beam. The lowering is different for cold recombining and hot diffusion‐dominated plasmas. At high radiation densities a saturation effect occurs, since the photoionization rate becomes equal to the rate of stimulated recombination. Measurements of the populations of excited H and He atoms in a glow discharge irradiated by a CO2 Laser beam of power density 105 W/cm2 are in broad agreement with the theoretical predictions.
Resonances, Absorption and Linear Excitation of Cyclotron Harmonic Waves in a Discharge Plasma
Authors: Prinzler H. 
Published: July 2007

AbstractStanding cyclotron harmonic waves below the second harmonic are observed using the noise radiation of a mercury discharge tube at 1465 MHz. From the positions of the Buchsbaum‐Hasegawa resonances the density profile and the electron temperature are derived, these parameters agree quite well with the behaviour of the collision‐free, magnetized plasma column.A onedimensional model applicable to our waveguide geometry is developed taking into account linear excitation of cyclotron harmonic waves by a quasistationary external field in a bounded plasma. Absorption and excitation are controlled by the scale length L1 at the hybrid point and a coupling length lc, introduced by Eq. (20); the electron gyration radius rc, scale length L1, coupling length lc, and slab thickness 2a obeying the relation rc≪lc≪L1≪2a. The main absorption is caused by enhanced collisional damping at the upper hybrid region and only a small fraction being dissipated in the wave mode, though its field strength is large compared with that at the plasma boundary (EW/E(a) ≈ 6).An estimation of the mean field strength within the coupling region shows, that such a low power as 1 mW/cm2 absorbed in the hybrid region may produce fieldstrength exceeding the typical threshold values for non‐linear excitation mechanism.
Untersuchungen zum Verhalten von Ionenschallwellen in Edelgas‐Niederdruckentladungen
Authors: Föste T. 
Published: July 2007

AbstractIn der vorliegenden Arbeit wurden Untersuchungen an fremderregten Ionenschallwellen in der positiven Säule von Helium‐ und Argon‐Entladungen im Druckbereich von 10−3 Torr bis 10−1 Torr durchgeführt. Dabei wurde beobachtet, daß nur unterhalb eines bestimmten Grenzdruckes Ionenschallwellen auftreten, bei dem die mittlere freie Weglänge der Elektronen etwa gleich dem Rohrdurchmesser ist. Es erfolgte eine Bestimmung der Phasengeschwindigkeit der Ionenschallwellen und ein Vergleich mit theoretischen Werten. Bei der Messung der Dämpfung von Ionenschallwellen konnten Amplitudenoszillationen beobachtet werden. Mögliche Mechanismen werden diskutiert. Mit dem verwendeten Nachweisverfahren ist es möglich, die Lebensdauer angeregter Zustände zu bestimmen. Ein Test an jeweils einem optischen Übergang in Helium und in Argon ergab gute Übereinstimmung mit aus der Literatur bekannten Werten.
Untersuchungen der kontrahierten Edelgassäule bei mittleren Drücken. I Verfahren zur Ermittlung der Plasmaparameter und ihrer Radialverteilungen
Authors: Venzke D. 
Published: July 2007

AbstractPresented is a method to determine iteratively electron density, electron temperature, and gas temperature in medium pressure rare gas discharges. This method bases on the linear relationship between emission coefficient of continuum radiation and electron density according to electron‐atom‐bremsstrahlung. The radial profile of gas temperature is determined by solving the energy balance equation. The electron temperature is calculated from the reduced electric field strength and the degree of ionization. The received profiles and the values at axis permit to examine present theoretical conceptions and to estimate the influence of various elementary processes on discharge mechanism.
Experimental Evidence of Parametric Instabilities in an Unmagnetized Plasma Subjected to a Strong H.F. Electric Field
Authors: Moisan M. , Leprince Ph. 
Published: July 2007

AbstractExperimental evidence of parametric excitation, by an intense external H.F. field, of an electron surface mode and an ion wave is presented. The pumping electromagnetic energy density is equal to or slightly larger than the thermal energy density of the electrons.The value of fpc/f0 (electron plasma frequency/external field frequency) is that for an electron surface wave. Depending on the pressure and field intensity, this decay instability can lead to three types of low frequency oscillations, with frequencies close to the ion plasma frequency. Two of these are described by Aliev and Silin's intense field theory: one is the volume ion plasma oscillation and the other a surface ion plasma oscillation. The third corresponds to no known ion eigenmode.Several other features of the theory by Aliev and co‐workers are also confirmed experimentally, such as the harmonic excitation of the instability (nf0 ≈ fpe/√2, where n is an integer), the instability amplitude as a function of fpe/f0 (above threshold conditions), the value of the mismatch parameter as a function of field strength and ion mass, and the existence of a fine structure corresponding to the symmetric and antisymmetric electron surface oscillations.Even at high pump field strengths, the decay products are nearly monochromatic i.e. the plasma does not become turbulent.
Parametrische Anregung von elektrostatischen Oberflächenwellen in einer inhomogenen Plasmaschicht durch ein amplituden‐moduliertes UHF‐Pumpfeld
Authors: Aliew Ju. M. , Gradow O. M. , Sünder D. 
Published: July 2007

AbstractParametric resonance phenomena are investigated in a plasma layer with thickness d and thin inhomogeneous boundary regions. The modulated UHF electric field is parallel to the plasma layer. We consider both strong and low modulation of the field amplitude and suppose, that the carrier frequency ω0 of the pump wave is much larger than the Langmuir frequency ωLe. We find the region for the modulation frequency ω, in which the parametric growing of the asymmetric and symmetric surface waves occurs. The maximum growth rates of these waves, the direction of their propagation and the threshold value of the modulation depth α of the UHF pump field are calculation.
Die Bestimmung von Plasmakenngrößen aus den Strahlungseigenschaften und den elektrischen Entladungsparametern
Authors: Worm M. 
Published: July 2007

AbstractDie vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Möglichkeiten zur Diagnostizierung eines thermischen Bogenplasmas, wobei nur Meßgrößen eingehen, die sich ohne Störung der Entladung bestimmen lassen. Das abgeleitete Verfahren ist einerseits weder an zusätzliche Annahmen, wie z. B. solche über das Temperatur‐ oder Druckverhalten, noch an aufwendige Analogieuntersuchungen gebunden und erfordert andererseits nicht die Kenntnis weniger genau bekannter Konstanten. In diesem Zusammenhang wird ein analytischer Ausdruck für die elektrische Leitfähigkeit mitgeteilt, mit dem viele einschlägige Rechnungen übersichtlicher und einfacher durchgeführt werden können.
Zur Berechnung der durch Teilchenwechselwirkung hervorgerufenen Änderung charakteristischer Kenngrößen der Elektronenkomponente eines hinreichend schwach ionisierten Plasmas I. Ausgangsgleichungen und Berechnungsgrundlagen
Authors: Wilhelm J. , Bartolomäus G. 
Published: July 2007

AbstractDie räumlich‐zeitliche Veränderung charakteristischer Kenngrößen der verschiedenen Teilchen‐komponenten eines Plasmas lassen sich im Gültigkeitsbereich der Boltzmann‐Gleichung mit Hilfe der Boltzmannschen Transportgleichung erfassen. Insbesondere ist in diesem Zusammenhang die Frage von Interesse, wie stark sich diese Größen infolge der Wechselwirkung der Teilchen untereinander pro Zeit‐ und Volumeneinheit ändern. Es werden Ausdrücke entwickelt, welche es gestatten, die Änderung der Momente infolge der Teilchenwechselwirkung für die Elektronenkomponente bei noch offen gehaltenen Verteilungsfunktionen der Elektronen und der schweren Stoßpartner zu berechnen. Die Darstellungen schließen zunächst elastische, an‐ und abregende sowie ionisierende Stöße ein und sollen im späteren auf die Einbeziehung von Coulomb‐Wechselwirkung zwischen den geladenen Teilchen ausgedehnt werden. Sie gestatten insbesondere Abschätzungen darüber, wie sich die verschiedenen charakteristischen Wechselwirkungsfrequenzen in der Transportgleichung unter verschiedenartigen Bedingungen auswirken.
Remarks on the Poukey‐Rostoker‐model of relativistic electron beam propagation
Authors: Hantzsche E. 
Published: July 2007

AbstractSome properties of an analytic electrostatic model of relativistic electron beam propagation in vacuum, developed by Poukey and Rostoker [1], are evaluated. It is shown that the limits of validity of this model result from the mixing of electrons, from space charge singularities and the backflow of electrons to the cathode.
Zur Anwendung der Sondendiagnostik in einem polymerisierenden Plasma
Authors: Klagge S. 
Published: July 2007

AbstractOn the example of the Ne glow discharge with a benzol admixture the possibility of applicating the probe diagnostic in polymerizing plasmas is investigated. Heating the probe at 900°C stetady values for the floating potential, the probe characteristic and its second derivation are obtained. The variation with time of these quantities without heating the probe yields informations about the rate of polymerization. The effect of a benzol admixture from 1% to 20% on the energy distribution function of electrons and the plasma parameters in the tube axis is pointed out. From the second derivation of the characteristic at emissive probe conditions it is possible to deduce in addition to the space potential the influence of the benzol admixture on the ionization mechanism.