Isıl olmayan soğuk plazmalardaki optik özelliklerin incelenmesinde teorik modeller
Theoretical models in investigation of optical properties of non-thermal cold plasmas
Yazar: SERCAN MERTADAM
Danışman: PROF. DR. MURAT TANIŞLI
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Matematiksel Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Dallanma = Branching ; Deşarj sistemleri = Discharge systems ; Langmuir Probu = Langmuir prob ; Soğuk plazma = Cold plasma ; Spektroskopi = Spectroscopy

Özet:
Isıl olmayan soğuk plazmalar için farklı karakterizasyon yöntemleri mevcuttur. Bu yöntemler arasında en yoğun kullanılan optik emisyon spektrumu ve Langmuir probudur. Bununla beraber, elde edilen verilerin de dahil edilebileceği şekilde matematiksel modeller de plazma karakterizasyonunda yoğun olarak kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında, argon gazına ait düşük basınç RF deşarjı oluşturularak, deşarj sonrası bölgeden optik emisyon spektrumu ve Langmuir probu verileri toplanmıştır. Deşarj sonrası bölge, elektrik ve manyetik alandan nispeten daha uzak ancak post-deşarj bölgesi sayılmayacak noktada olduğundan bu bölge mekaniksel zorlamalı deşarj bölgesi olarak adlandırılmıştır. Elde edilen veriler, Monte Carlo simülasyon yöntemine dayalı hücredeki parçacık yönteminde kullanılmıştır. Bu sayede plazma ortamındaki parçacık hareketi örneklenmiştir. OPSIAL isimli yazılım kullanılarak elde edilen optik emisyon spektrumlarından elektron sıcaklığı ve elektron yoğunluğu değerleri hesaplanmıştır. Optik emisyon spektrumunda yer alan göreli şiddet değerleri kullanılarak dallanma kesri değerleri hesaplanmıştır. Çalışma sonucunda, mevcut hücredeki parçacık yönteminin mekaniksel zorlamalı deşarj bölgesinde uygulanabilir olduğu, dallanma kesri hesaplamalarında hızlı bir hesaplama olan göreli şiddetler ile yapılan denklemin kullanılabilir olduğu görülmüştür. Böylece bu yöntemlerin, benzer deşarj ortamlarında kullanılabileceği gösterilmiştir

Abstract:
Different characterization methods are available for non-thermal cold plasmas. Among these methods, the most used are optical emission spectrum and Langmuir probe. However, mathematical models are also used extensively in plasma characterization, in which the obtained data can be included. In this thesis, optical emission spectrum and Langmuir probe data were collected from the post-discharge region by creating a low-pressure RF discharge of argon gas. Since the post-discharge region is relatively far from the electric and magnetic fields, but at a point where the post-discharge region cannot be counted, this region is named as the mechanical forced discharge region. The obtained data were used in the particle-in-cell method based on the Monte Carlo simulation method. In this way, particle motion in the plasma environment was sampled. Electron temperature and electron density values were calculated from the optical emission spectra obtained using the software named OPSIAL. The branching fraction values were calculated by using the relative intensity values in the optical emission spectrum. As a result of the study, it was seen that the particle method in the current cell is applicable in the mechanically forced discharge region, and the equation made with relative intensities, which is a quick calculation in branching fraction calculations, can be used. Thus, it has been shown that these methods can be used in similar discharge environments.