Entwicklung einer neuen Methode zur Messung von Elektronenhaftkoeffizienten bei niedrigen Energien mit Hilfe staubiger Plasmen

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Franko Greiner
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 443791209

Die Frage, ob sich Mikrometer große Staubteilchen in Niederdruckplasmen unterschiedlich stark aufladen, wenn sie aus verschiedenen Materialien bestehen, wird schon lange diskutiert. Theoretische Arbeiten zeigen, dass es einen solchen Effekt gibt, experimentell ist er bisher aber nicht nachgewiesen. Da der Elektronenstrom aus dem Plasma die Hauptquelle der Ladung des Staubteilchens darstellt, dominiert ein materialabhängiger Elektronenhaftkoeffizient diesen Effekt. Der Elektronenhaftkoeffizient hat zudem großen Einfluss auf die Entladungseigenschaften von HF-betriebenen Plasmareaktoren mit unterschiedlichen Elektrodenmaterialien, sodass die genaue Kenntnis des Elektronenhaftkoeffizienten auch für die Plasmatechnologie von großer Bedeutung ist. Die hochpräzise Messung der Ladung von mikrometergroßen Teilchen in Plasmen eröffnet einen Weg zu einer neuen Bestimmungsmethode für den Elektronenhaftkoeffizienten bei niedriger Elektronenenergie. In den letzten Jahren haben wir eine Reihe von Diagnosewerkzeugen entwickelt, mit denen das Verhältnis von Ladung zu Masse und die Größe der Staubpartikeln in der Randschicht eines Plasmas hochpräzise bestimmt werden können. Dies sollte ermöglichen die Elektronenhaftkoeffizienten verschiedener Materialien bei sehr niedrigen Elektronenstoßenergien (weniger als 10 eV) so genau zu messen, dass Unterschiede detektiert werden können. Im Vergleich mit anderen Verfahren, hat das vorgeschlagene Verfahren den Vorteil, dass es die Gesamtladung eines einzelnen Mikroteilchens in einem Plasma bestimmt. Dadurch wird das Problem vermieden, dassLadungen sich auf einer großen Oberfläche verteilen und abfließen können und sich dann nicht mehr absolut bestimmen lassen. Ein weiterer Vorteil der neuen Methode ist, dass sie unabhängig von der elektrischen Leitfähigkeit des Material ist. Daher können sowohl leitfähige als auch dielektrische Materialien untersucht werden. In diesem Projekt werden wir• Experimente durchführen, die ermöglichen, die theoretische Vorhersage zu prüfen, dass sich Staubpartikel verschiedener Materialien in einem Niederdruckplasma unterschiedlich aufladen.• eine Diagnostik aufbauen, mit der man das Verhältnis des niederenergetischen Elektronenhaftkoeffizienten zweier Materialien bestimmen kann.• Eine Methode entwickeln, mit der die Messung des absoluten, energieaufgelösten Elektronenhaftungskoeffizienten bei Elektronenenergien kleiner als 10 eV durch Variation der Plasmaparameter und der Kalibrierung mit einem perfekt absorbierenden Material möglich wird• die Näherung der "minimal einschließenden Kugelhülle" für die Aufladung nicht kugelförmiger Partikel im Plasma prüfen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Privatdozent Dr. Franz Xaver Bronold