IEPPG Experimente

Q - Maschine

Das Plasma einer Q-Maschine wird an einer lokalisierten Heißen Platte (aus Wolfram oder Tantal mit einem Durchmesser von typisch 5 - 6 cm, geheizt bis 2000 K und mehr) mit Hilfe von zwei verschiedenen Prozessen erzeugt: Die Elektronen werden durch Richardson-Emission (thermionische Emission) erzeugt, während die Ionen durch Kontaktionisation entstehen, d.h., ein Strahl von leicht ionisierbaren Atomen (üblicherweise Alkalielemente wie Kalium oder Cäsium) wird auf die Oberfläche der Heißen Platte gerichtet, wo die Atome ein Elektron verlieren und die Oberfläche als einfach geladene positive Ionen verlassen.
Das erzeugte Plasma wird von einem starken Magnetfeld bis 0,25 T eingeschlossen, so dass eine Plasmasäule entsteht, die am anderen Ende von einer so genannten Kalten Plate begrenzt wird. Da der Hintergrunddruck im Vakuumzylinder so niedrig wie möglich gehalten wird, entsteht auf diese Art und Weise ein praktisch stoßfreies Plasma. Die höchste erreichbare Plasmadichte ist ca. 10^11 cm-3 bei sehr niedrigen Temperaturen der Elektronen und Ionen von ca. 0,2 eV, die für beide Ladungsträgersorten praktisch gleich sind. Dies ist im Gegensatz zu einem Gasentladungsplasma, wo der wichtigste Prozess zur Erzeugung von Ladungsträgern Volumenionisation ist, so dass ein solches Plasma zwangsläufig stoßbedingter ist als ein Q-Maschinenplasma.

Abgeschlossene Projekte:

Grundlegende Plasmaforschung, Gleichgewichtstheorie
Einschlussstudien, die so genannte Universelle Driftinstabilität, die in fast allen magnetisch eingeschlossenen Plasma wegen Dichtegradienten auftritt
Driftinstabilitätsuntersuchungen
Elektrostatische Ionenzyklotroninstabilität EIZI
Potentialrelaxationsinstabilität PRI
Nichtlineare Raumladungsstrukturen.

Laufende Projekte:

Hohlplasma.

Die Innsbrucker Q-Maschine, in der durch Oberflächenionisation ein dünnes Plasma erzeugt und durch ein starkes Magnetfeld eingeschlossen wird

Daten:

90% Ionisationsrate
Frei von elektrischen Feldern, außer an den Begrenzungen
Die Elektronentemperatur ist gleich der Ionentemperatur
Typische Plasmadichte von ca. 10^9 cm-3
Der niedrige Hintergrunddruck erlaubt eine Vielzahl von Experimenten über Plasmadiffusion und Plasmawellen, ohne den Effekt von Stößen der Ladungsträger mit Atomen
Dauerbetrieb möglich.

DP - Maschine

Der Name DP-maschine ist vom Englischen "Double plasma machine" abgeleitet: eine zylindrische Vakuumkammer von ca. 40 cm Durchmesser und 90 cm Länge wird von einem feinmaschigen Edelstahlgitter in zwei getrennte Kammern geteilt. In jeder dieser Kammern wird mit Hilfe einer Glühkathodenentladung ein diffuses, nichtmagnetisiertes Argonplasma erzeugt. Das Trenngitter wird üblicherweise auf < -100 V gelegt, um die Plasmaelektronen voneinander zu trennen. Der Argonhintergrunddruck ist ca. 10^-4 mbar. Die höchstmögliche Plasmadichte ist einige 10^10 cm-3. Eine der beiden Kammern (die so genannte Treiber- oder Quellenkammer) kann elektrisch höher als die andere Kammer (die so genannte Zielkammer) gelegt werden, so dass zwischen den beiden Kammern eine Potentialdifferenz entsteht, die einen Ionenstrahl von der erstgenannten in die letztgenannte Kammer erzeugt. Dieser Ionenstrahl kann auch moduliert werden, und wird üblicherweise dazu verwendet, um in der Zielkammer ionenakustische Wellen höher Amplitude, Solitonen und Stoßwellen zu erzeugen. Aber auch andere grundlegende Plasmaeffekte können in dieser Anordnung untersucht werden.