Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik - IEPPG
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AG Experimentelle Plasmaphysik
IEPPG Experimente:
Q - Maschine
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.
Laufende Projekte: Hohlplasma.
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.
DP - Maschine
Die Innsbrucker DP-Maschine, in der durch eine unselbständige Gasentladung ein dünnes Argonplasma erzeugt wird.
Daten:* Ein ziemlich ruhiges, großvolumiges Plasma * Frei von elektrischen Feldern, außer an der Begrenzungen * Elektronentemperatur ca. 10 Mal die Ionentemperatur * Typische Plasmadichte ca. 10^9 cm-3 * Der Argonhintergrunddruck erlaubt eine Vielzahl von Experimenten über den Einfluss von Anregungs- und Ionisationsstößen auf verschiedenste Plasmaeffekte * Dauerbetrieb möglich.
Laufende Projekte: * Entwicklung von beheizbaren Languimir Sonden.
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.
Abgeschlossene Projekte: * Nichtlineare ionenakustische Wellen, Stoßwellen * Die Ausbreitungseigenschaften von Solitonen und ihre Reflexion an verschiedenen Begrenzungen * Die Erzeugung von nichtlinearen Raumladungsstrukturen wie z.B. "Feuerbällen" * Der Einfluss von Stößen auf nichtlineare Raumladungsstrukturen * Der Einfluss von Feuerbällen auf das umgebende Plasma * Die Stabilität von nichtlinearen Raumladungsstrukturen * Die Anregung von Wellen durch solche Strukturen.
