Der Afterglow von Edelgasplasmen: Rekombination und Erzeugung angeregter Zustände

• Antragsteller: Dr. Tsanko Vaskov Tsankov
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 224608509

In diesem Projekt ist eine umfangreiche Untersuchung des Afterglows in Edelgasplasmen vorgesehen, die sich auf die Dreikörper-Rekombination als führenden Prozess zur Erzeugung angeregter Atome konzentriert. Das Ziel ist es, eine bessere und vollständigere Beschreibung sowohl des Dreikörper-Rekombinationsprozesses als auch der Dynamik angeregter Zustände zu erreichen. Dafür werden unterschiedliche Aspekte untersucht. Es sind unter anderem Messungen der Elektronentemperatur und -dichte und der Dichte der durch Rekombination produzierten angeregten Zustände vorgesehen. Die Ergebnisse werden mit numerischen Simulationen und analytischen Rechnungen verglichen, was eine vollständige selbstkonsistente Beschreibung der Prozesse im Afterglow liefert.Ein Mikrowellen-Interferometer wird innerhalb des Projekts für die Messung der Plasmadichte beantragt. Für die Messung niedrigerer Elektronentemperaturen (vergleichbar mit der Gastemperatur) wird ein Gegenfeld-Analysator verwendet. Die hochangeregten Zustände werden mit Absorptionsspektroskopie gemessen. Als Zweitvariante ist Cavity-Ring-down-Spektroskopie vorgesehen. Ein Stoßstrahlungsmodell für den Niederdruck-Argon-Afterglow wird entwickelt und für die Analyse der Intensitäten bestimmter Argon-Emissionslinien verwendet. So sind unabhängige Messungen der Elektronendichte, der angeregten Zustände und eventuell der Elektronentemperatur möglich. Die Analyse des mit der im Projekt beantragten Hochgeschwindigkeitskamera gemessenen Spektrums wird auch als experimenteller Nachweis für gewisse Aspekte des Rekombinationsprozesses dienen. Für die experimentellen Untersuchungen ist eine große Kammer vorhanden. Die meisten diagnostischen Techniken sind im Labor ebenfalls verfügbar. Dies erlaubt einen schnellen Anfang der Projektarbeit. Gepulste Edelgas-Niederdruckplasmen werden untersucht. Das große Volumen ermöglicht es dichte Plasmen bei niedrigeren Drücken zu produzieren. Es ist daher möglich, Rekombination bei höheren Dichten zu untersuchen, bei denen man erwartet, dass die Mikrofelder eine Rolle spielen. Dieses Regime ist bislang noch nicht experimentell untersucht worden. Das erwartete Resultat dieser Untersuchung ist ein verbessertes Verständnis für die Rolle der angeregten Atome im Afterglow und deren industrielle Anwendung (z.B. „smart pulsing“ basiert entweder auf dem Maximum der Rydberg-Atome oder auf jenem der Metastabilen). Weiterhin wird erwartet, dass fundamentale Aspekte der Stoß-Strahlungs-Rekombination experimentell nachgewiesen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen