Analyse der infolge von Plasma-Wand-Wechselwirkungen entstehenden Kohlenwasserstoff-Verbindungen
Creators: name: Baudach, Mandy
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
Year: 2009
Subjects: subject: Plasma-Wand-Wechselwirkung
subject: Kohlenwasserstoffe
subject: amorphe Kohlenwasserstoffschichten
subject: Scavenger Effekt
subject: hydrocarbons
subject: plasma-wall interaction
subject: amorphous hydrocarbon films
subject: scavenger effect
subject: 530 Physik
subject: 29 Physik, Astronomie

description: Der Einsatz von Kohlenstoffmaterialien z.B. in ITER ist damit verbunden, dass es durch physikalische und chemische Zerstäubung zur Bildung von Kohlenwasserstoffen kommt, die im Randschichtplasma zersetzt werden und sich in Form tritiumreicher amorpher Kohlenwasserstoffschichten auf den Wänden ablagern. Deshalb ist ein besseres Verständnis der Bildung, der Zersetzung, des Transports und der Haftung von Kohlenwasserstoffen infolge der Plasma-Wand-Wechselwirkung von großem Interesse. Die genannten Prozesse wurden am linearen Plasmagenerator PSI-2 mit Hilfe verschiedener Diagnostiken für unterschiedliche Plasmen systematisch untersucht. Die Analyse der ablaufenden Reaktionen mittels einfacher Bilanzgleichungen machte es möglich, wichtige Zerfalls- und Bildungskanäle für die verschiedenen Kohlenwasserstoffe und deren Abhängigkeiten von bestimmten Parametern zu ermitteln. Es zeigte sich, dass die starke Zersetzung und Umwandlung von Methan in Wasserstoffplasmen auf die dominierenden Ladungsaustauschreaktionen im Niedertemperaturbereich zurückzuführen ist. Weiterhin wurden Zersetzungslängen für Methan und Ethen gefunden, die im Bereich einiger Zentimeter liegen. Die Untersuchungen der CH-Band-Emission und der Wachstumsprozesse von a-C:H-Schichten ermöglichten die Detektion von globalen und lokalen Zersetzungsprozessen in unterschiedlichen Plasmen, die je nach Plasmadichte (und Gasart) erklärt werden können. Bisher fehlte in allen Modellierungen die atomare Wasserstoffdichte, die hier mit zwei unterschiedlichen Methoden bestimmt wurde. Durch Depositionsexperimente mit und ohne direkten Plasmaeinfluss konnte der durch Stickstoffeinlass verursachte Scavenger Effekt und die damit verbundene Reduktion der Depositionsrate eindeutig nachgewiesen werden. Die Auswertung der QMS-Daten mit Hilfe der Bayesschen Statistik ermöglichte erstmals die Spezifikation der beteiligten Volumenreaktionen.
description: The materials envisaged for the thermally heavily burdened divertor plates of the international fusion device ITER are CFC materials. As a result of physical and chemical sputtering of these materials many different hydrocarbons are formed which are decomposed at the plasma edge and lead to the deposition of tritium- rich amorphous hydrocarbon films on the vessel walls. Consequently a better understanding of hydrocarbon formation, fragmentation, transport and sticking is an important issue in fusion research. The aforementioned processes are studied systematically at the linear plasma generator PSI-2 using various diagnostics in a range of plasmas. By means of simple balance equations the ongoing reactions could be analysed making it possible to identify important decomposition and formation channels for the various hydrocarbons and their dependence on certain parameters. The strong decomposition and transformation of methane in hydrogen plasmas can be traced back to dominant charge exchange reactions in the low temperature range. In addition, decomposition lengths for methane and ethylene in the range of a few centimetres were found. Spatially resolved measurements of CH band emission and investigations of the growth processes of a-C:H layers enabled the detection of global and local decomposition processes of injected hydrocarbons in different plasmas which can be explained according to the plasma density (and gas type). So far all simulations have lacked information on the density of atomic hydrogen, which in this work has been determined using two different methods. In addition, by means of deposition experiments with and without direct plasma influence, the scavenger effect induced by nitrogen injection and the associated reduction in the deposition rate has been clearly demonstrated. The analysis of the QMS data using Bayesian statistics enabled verification of the volume reactions involved for the first time.