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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

AbstractAus 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

AbstractThe 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

AbstractEs 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

AbstractA 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

AbstractEs 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

AbstractWichtige 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

AbstractEs 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.
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

AbstractEs 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

AbstractOn 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

AbstractEs 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

AbstractMeasurements 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

AbstractA 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

AbstractQuasilinear 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

AbstractIm 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

AbstractThe 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

AbstractEs 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

AbstractStationary 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

AbstractThe 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

AbstractA 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

AbstractAusgehend 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

AbstractThe 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.
Parametrische Phononen‐Turbulenz im Feld zweier zirkular polarisierter UHF‐Wellen
Authors: Andrejew N. E. , Sünder D. 
Published: July 2007

AbstractThe 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

AbstractIn 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

AbstractThe 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

AbstractIn 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.