Plasma

• teil- oder vollionisiertes Gas

• Eigenschaften maßgeblich durch freie Ladungsträger bestimmt werden

• Bestandteile:

  Ionen

  Elektronen

  Neutrale

  Photonen/Strahlung

Quasineutralität:

• makroskopisch neutral oder nicht neutral

• Plasma ist sogesehen neutral geladen, obwohl neg Elektronen und pos Ionen darin enthalten sind

Plasmafrequenz

Weitere Kenngrößen:

• Ionisierungsgrad x

• Landaulänge Ll

• Mittlerer Teilchenabstand d

• Mittlere freie Weglänge lamba

Die Plasmafrequenz ist eine wichtige Kenngröße in der Plasmaphysik und beschreibt die Schwingungsfrequenz der geladenen Teilchen in einem Plasma.

Wenn sich geladene Teilchen, wie Elektronen und Ionen, in einem Plasma befinden, wechselwirken sie elektrisch miteinander. Diese Wechselwirkung führt zu kollektiven Schwingungen der Teilchen, die als Plasmawellen bezeichnet werden. Die Plasmafrequenz gibt die Frequenz an, mit der diese Plasmawellen im Plasma schwingen.

Die Plasmafrequenz wird durch die Ladungsträgerdichte und die Masse der geladenen Teilchen bestimmt. Sie ist gegeben durch die Formel:

Plasmafrequenz (ωp) = √( (e^2 * n) / (ε₀ * m) )

wo:

- e ist die Elementarladung,

- n ist die Ladungsträgerdichte (Anzahl der geladenen Teilchen pro Volumeneinheit),

- ε₀ ist die elektrische Feldkonstante (Permittivität des Vakuums),

- m ist die Masse der geladenen Teilchen.

.

Die Debye-Abschirmung, auch als Debye-Länge oder Debye-Radius bezeichnet, ist ein Phänomen in Plasmen, das auf die Wechselwirkung zwischen geladenen Teilchen zurückzuführen ist.

Wenn sich geladene Teilchen, wie Ionen und Elektronen, in einem Plasma befinden, beeinflussen sie sich gegenseitig durch ihre elektrischen Ladungen und erzeugen elektrische Felder um sich herum. Diese elektrischen Felder können andere geladene Teilchen anziehen oder abstoßen.

Die Debye-Abschirmung beschreibt die räumliche Ausdehnung dieser elektrischen Felder. Sie ist definiert als die charakteristische Länge, über die sich die elektrischen Felder der geladenen Teilchen im Plasma ausdehnen und miteinander wechselwirken.

Die Debye-Länge hängt von der Temperatur und der Konzentration der geladenen Teilchen im Plasma ab. In einem Plasma mit höherer Temperatur oder höherer Teilchendichte ist die Debye-Länge in der Regel kleiner, was bedeutet, dass die Abschirmungseffekte auf kürzere Distanzen wirken.

Die Debye-Abschirmung ist wichtig, um das Verhalten von Plasmen und Elektrolyten zu verstehen, da sie die Wechselwirkungen zwischen den geladenen Teilchen bestimmt und Effekte wie die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen, die Bildung von Plasmawellen und die Struktur von Plasmagrenzschichten beeinflusst. Es ist ein grundlegender Aspekt der Plasmaphysik und trägt zur Stabilität und Eigenschaften von Plasmen bei.

Thermisches Plasma:

- Teilchenenergien folgen einer thermischen Maxwell-Boltzmann-Verteilung.

- Alle Teilchen sind in einem thermischen Gleichgewichtszustand.

- Niedrigere Temperaturen.

- Häufig in Flammen, Funkenentladungen und manchen Gasentladungslampen.

- Breite Anwendungen in Verbrennungsprozessen und einigen industriellen Anwendungen.

Nicht-thermisches Plasma (Kaltplasma):

- Teilchenenergien sind nicht in einem thermischen Gleichgewichtszustand.

- Energieverteilung weist diskrete Gruppen mit unterschiedlichen Energien auf.

- Kann in stark ionisierten und elektrisch aktiven Plasmen auftreten.

- Häufig in Plasmajets, Plasmatronen und Forschungsexperimenten.

- Spezifische Anwendungen in Materialbehandlung, Oberflächenmodifikation, Medizin und Forschung.

Die thermische Maxwell-Boltzmann-Verteilung ist eine statistische Verteilung der Geschwindigkeiten von Teilchen in einem Gas, das sich im thermischen Gleichgewicht befindet. Sie beschreibt die Wahrscheinlichkeit, mit der Teilchen bestimmte Geschwindigkeiten haben.

In einem Gas im thermischen Gleichgewicht befinden sich die Teilchen in ständiger Bewegung, und ihre Geschwindigkeiten variieren. Die thermische Maxwell-Boltzmann-Verteilung gibt an, wie viele Teilchen bestimmte Geschwindigkeiten haben, basierend auf der Temperatur des Gases.

Die Verteilung ist wie folgt charakterisiert:

- Die meisten Teilchen haben eine durchschnittliche Geschwindigkeit, die bei einer bestimmten Temperatur maximal ist.

- Mit zunehmender Geschwindigkeit nimmt die Anzahl der Teilchen ab. Die Verteilungskurve fällt für höhere Geschwindigkeiten ab.

- Die Verteilung ist eine Gauß'sche Kurve, auch als Normalverteilung bekannt, und ist symmetrisch um die durchschnittliche Geschwindigkeit.

Die thermische Maxwell-Boltzmann-Verteilung ist in der Physik wichtig, um die kinetische Energie und das Verhalten von Gasteilchen in einem thermischen Gleichgewicht zu beschreiben. Sie findet Anwendung in verschiedenen Bereichen, von der Plasmaphysik über die Gasdynamik bis hin zur kinetischen Theorie der Gase und ist ein fundamentales Konzept in der Statistischen Physik.

• WW untereinander (Volumenprozesse)

• Energie- und Impulsaustausch

  -> Elastische und inelastische Prozesse

Erzeugung von Ladungsträgern:

1. Ionisation: Die Erzeugung von Ladungsträgern im Plasma beginnt oft mit der Ionisation von neutralen Atomen oder Molekülen. Dabei werden Elektronen aus den Atomen oder Molekülen herausgelöst, wodurch positiv geladene Ionen und freie Elektronen entstehen.

2. Stoßionisation: In einem heißen Plasma können Teilchen hohe kinetische Energien haben. Wenn ein geladenes Teilchen (z. B. ein Elektron oder ein Ion) mit einem neutralen Atom oder Molekül kollidiert, kann es genug Energie übertragen, um ein Elektron aus dem Atom oder Molekül zu entfernen und eine Ionisation zu verursachen.

3. Photonenabsorption: Photonen, die in das Plasma eintreten, können auch Energie an Teilchen übertragen und zur Ionisation führen, insbesondere in dichteren Plasmen.

Vernichtung von Ladungsträgern:

1. Rekombination: Dies ist der Prozess, bei dem ein Elektron auf ein Ion trifft und sich beide wieder zu einem neutralen Atom oder Molekül verbinden. Dabei werden die Ladungsträger vernichtet.

2. Elektron-Austritt: In manchen Fällen können Elektronen aus dem Plasma austreten und auf Oberflächen treffen, wodurch sie neutralisiert werden und die Ladungsträgerzahl im Plasma verringert wird.

Erzeugung von Ladungsträgern auf einer Oberfläche:

1. Photonenabsorption: Wenn Licht oder andere elektromagnetische Strahlung auf die Oberfläche trifft, können Photonen absorbiert werden, wodurch Elektronen aus der Oberfläche herausgelöst werden und freie Elektronen entstehen.

2. Ionisation durch Teilchenstöße: Wenn energiereiche Teilchen auf die Oberfläche treffen, können sie genug Energie übertragen, um Elektronen aus der Oberfläche auszulösen und Ladungsträger zu erzeugen.

3. Thermische Emission: Aufgrund der thermischen Bewegung der Teilchen auf der Oberfläche können Elektronen emittiert und Ladungsträger erzeugt werden.

Vernichtung von Ladungsträgern auf einer Oberfläche:

1. Rekombination: Freie Ladungsträger auf der Oberfläche können sich wieder zu neutralen Atomen oder Molekülen rekombinieren, wodurch ihre Ladung auf der Oberfläche vernichtet wird.

2. Elektronenabsorption: Manchmal können Elektronen von der Oberfläche absorbiert werden und die Oberfläche neutralisieren.

3. Austritt von geladenen Teilchen: Ladungsträger können die Oberfläche verlassen und in die Umgebung abwandern, was ebenfalls zur Verringerung der Ladung auf der Oberfläche führt.

Das Einteilchenbild in der Plasmaphysik ist eine vereinfachte Darstellung eines Plasmas, bei der die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Teilchen im Plasma vernachlässigt werden. Es beruht auf der Annahme, dass die Bewegung jedes Teilchens unabhängig von den anderen Teilchen betrachtet werden kann. Das Einteilchenbild dient als grundlegende Basis für viele Aspekte der Plasmaphysik und ermöglicht eine einfachere Analyse bestimmter Phänomene. Hier sind einige wichtige Punkte zur Grundlage des Einteilchenbilds:

1. Unabhängigkeit der Teilchen: Im Einteilchenbild wird angenommen, dass die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Teilchen im Plasma vernachlässigbar sind. Dies erlaubt es, die Bewegung jedes Teilchens einzeln zu betrachten, ohne die komplexen Wechselwirkungen mit anderen Teilchen berücksichtigen zu müssen.

2. Bewegungsgleichungen: Für jedes Teilchen im Plasma können Bewegungsgleichungen aufgestellt werden, die seine Geschwindigkeit und Position im elektrischen und magnetischen Feld beschreiben. Diese Bewegungsgleichungen können auf der Grundlage von klassischer Mechanik oder kinetischer Theorie formuliert werden.

3. Plasmafelder: Die Wirkung der elektromagnetischen Felder des Plasmas auf die Teilchenbewegung wird berücksichtigt, indem die Kräfte, die von den Feldern auf die Teilchen ausgeübt werden, in die Bewegungsgleichungen einbezogen werden.

4. Gesamtbild des Plasmas: Obwohl das Einteilchenbild einzelne Teilchen betrachtet, kann es dennoch dazu verwendet werden, das Gesamtverhalten des Plasmas zu verstehen, indem die Eigenschaften und Bewegungen einer großen Anzahl von Teilchen statistisch analysiert werden.

Vorteile des Einteilchenmodells:

- Einfache Analyse der Bewegung einzelner Teilchen.

- Grundlegendes Verständnis des Teilchenverhaltens im Plasma.

- Geeignet für einfache Plasmaphänomene.

- Übersichtliche Betrachtung.

Nachteile des Einteilchenmodells:

- Vernachlässigung von Wechselwirkungen zwischen den Teilchen.

- Nicht geeignet für komplexe Plasmaphänomene.

- Mangel an Realismus in komplexen Situationen.

- Keine Berücksichtigung statistischer Effekte durch viele Teilchen im Plasma.

Unter Gyration (auch Kreisbewegung) versteht man in der Plasmatheorie die Bewegung von geladenen Teilchen, insbesondere Elektronen und Ionen, um magnetische Feldlinien. Diese Bewegung erfolgt in einer spiralförmigen Bahn entlang der Feldlinien.

Wann spielt die Gyration eine Rolle?

Die Gyration spielt eine entscheidende Rolle in Plasmen, die einem Magnetfeld ausgesetzt sind, wie es zum Beispiel in der Astrophysik, der Sonnenkorona, dem Magnetosphäre der Erde, und in Fusionsplasmen in Kernfusionsreaktoren der Fall ist. Hier einige Situationen, in denen die Gyration eine Rolle spielt:

1. Magnetisierte Plasmen: In einem Plasma, das einem Magnetfeld ausgesetzt ist, führt die Gyration dazu, dass geladene Teilchen spiralförmig entlang der Magnetfeldlinien bewegen. Dies beeinflusst ihre Geschwindigkeiten und Bewegungsmuster.

2. Magnetosphären: In der Erdatmosphäre beeinflusst die Gyration von geladenen Teilchen in der Magnetosphäre ihre Wechselwirkungen mit dem Magnetfeld der Erde und kann zu Phänomenen wie dem Nordlicht führen.

3. Plasmawellen: Die Gyration beeinflusst die Wechselwirkung von geladenen Teilchen mit Plasmawellen wie Alfvén-Wellen, die sich entlang des Magnetfeldes ausbreiten.

4. Fusionsplasmen: In Fusionsreaktoren spielt die Gyration eine wichtige Rolle bei der Energieübertragung von den Heizungsquellen (z. B. Hochfrequenzwellen) auf die Ionen und Elektronen im Magnetfeld.

In magnetisierten Plasmen haben die Teilchen eine komplexe Bewegung, die durch die Gyration und gleichzeitig durch andere Kräfte wie elektrische Felder und Kollisionen beeinflusst wird. Das Verständnis der Gyration ist von entscheidender Bedeutung, um das Verhalten von Plasmen in magnetischen Feldern zu verstehen und Plasmaforschung sowie astrophysikalische Phänomene besser zu erklären.

Die Gyration eines geladenen Teilchens (z. B. eines Elektrons oder Ions) in einem homogenen magnetischen Feld kann mit den folgenden Formeln beschrieben werden:

1. Kreisfrequenz (Gyrofrequenz):

Die Gyrofrequenz, oft mit dem Symbol ω_c (Omega_c) dargestellt, beschreibt die Rotationsgeschwindigkeit des geladenen Teilchens um das magnetische Feld. Sie ist gegeben durch:

ω_c = q * B / m

Hier ist:

- ω_c die Kreisfrequenz (Gyrofrequenz) des Teilchens in rad/s.

- q die Ladung des Teilchens in Coulomb.

- B die Stärke des magnetischen Feldes in Tesla.

- m die Masse des Teilchens in Kilogramm.

2. Larmor-Radius (Gyroradius):

Der Larmor-Radius, oft mit dem Symbol r_L (r_L) dargestellt, beschreibt den Radius der Kreisbahn, die das Teilchen um das magnetische Feld beschreibt. Er wird durch die Geschwindigkeit des Teilchens senkrecht zum magnetischen Feld und die Gyrofrequenz bestimmt und ist gegeben durch:

r_L = v_perp / ω_c

Hier ist:

- r_L der Larmor-Radius des Teilchens in Metern.

- v_perp die Geschwindigkeitskomponente des Teilchens senkrecht zum magnetischen Feld in m/s.

Die Gyration eines Teilchens führt dazu, dass es eine spiralförmige Bahn entlang der magnetischen Feldlinien beschreibt, wobei der Larmor-Radius die charakteristische Größe dieser Bahn ist. Die Gyrofrequenz und der Larmor-Radius sind wichtige Größen in der Plasmaphysik und haben Auswirkungen auf das Verhalten von Teilchen in magnetisierten Plasmen.

In der Plasmaphysik gibt es verschiedene Arten von Driftbewegungen, die das Verhalten von geladenen Teilchen in Plasmen beeinflussen. Hier sind einige wichtige Driftarten:

1. ExB-Drift (Elektrisches-Feld-Magnetfeld-Drift):

Die ExB-Drift entsteht durch die Wechselwirkung zwischen einem elektrischen Feld (E) und einem Magnetfeld (B). Wenn ein geladenes Teilchen eine Geschwindigkeitskomponente senkrecht zum Magnetfeld und eine elektrische Feldkomponente entlang des Magnetfelds hat, erfährt es eine ExB-Driftbewegung quer zum magnetischen Feld.

2. Hall-Drift (Hall-Effekt-Drift):

Der Hall-Drift tritt in Plasmen auf, wenn geladene Teilchen eine quer zum Magnetfeld gerichtete Driftgeschwindigkeit haben und ein elektrisches Feld senkrecht zum Magnetfeld vorhanden ist. Dies führt zu einer Kraft, die das Teilchen senkrecht zum elektrischen Feld und zum Magnetfeld bewegt.

3. Diamagnetische Drift:

Die diamagnetische Drift entsteht durch eine Gradientenkraft im Magnetfeld. Wenn das Magnetfeld inhomogen ist, werden geladene Teilchen, die eine Driftgeschwindigkeit senkrecht zum Gradienten haben, in Richtung niedrigerer Magnetfeldstärken gedrängt.

4. Gravitationsdrift:

In manchen Fällen, beispielsweise in Weltraumplasmen, kann die Gravitationskraft eine Rolle spielen und Driftbewegungen der geladenen Teilchen verursachen.

5. Polarisationsdrift:

Der Polarisationsdrift tritt auf, wenn sich das Polarisationselektrische Feld in einer Plasmaentladung entlang der Entladungsachse ändert. Dadurch erfahren geladene Teilchen eine Drift entlang dieser Achse.

Diese verschiedenen Driftarten spielen eine wichtige Rolle im Verhalten von Plasmen und können zum Beispiel zur Erzeugung von Strömungen, Plasmastrukturbildung, Transportprozessen und zur Beeinflussung der Plasmastabilität beitragen. Die Untersuchung und Berücksichtigung dieser Driftbewegungen ist daher entscheidend, um das Verhalten von Plasmen besser zu verstehen und zu kontrollieren.

Ein ExB-Drift (Elektrisches-Feld-Magnetfeld-Drift) entsteht aufgrund der Wechselwirkung zwischen einem elektrischen Feld (E) und einem Magnetfeld (B) in einem Plasma. Dieser Driftmechanismus ist für geladene Teilchen charakteristisch, die sowohl eine Geschwindigkeitskomponente senkrecht zum Magnetfeld als auch eine elektrische Feldkomponente entlang des Magnetfelds haben.

Die Entstehung eines ExB-Drifts lässt sich wie folgt beschreiben:

1. Anfangsgeschwindigkeit: Das geladene Teilchen hat eine Anfangsgeschwindigkeit, die aus einer Komponente parallel zum Magnetfeld und einer Komponente senkrecht zum Magnetfeld besteht.

2. Lorentzkraft: Die Lorentzkraft ist die Kraft, die ein geladenes Teilchen im Magnetfeld erfährt und senkrecht zur Bewegungsrichtung des Teilchens und zum Magnetfeld wirkt. Sie wird durch das Vektorprodukt der Geschwindigkeit des Teilchens und des Magnetfelds bestimmt: F_L = q * (v x B), wobei q die Ladung des Teilchens ist, v die Geschwindigkeit des Teilchens und B das Magnetfeld.

3. Elektrische Kraft: Wenn das Plasma ein elektrisches Feld E hat, das entlang des Magnetfelds ausgerichtet ist, wirkt eine elektrische Kraft auf das geladene Teilchen: F_E = q * E.

4. Resultierende Kraft: Die resultierende Kraft, die auf das Teilchen wirkt, ist die Summe der Lorentzkraft und der elektrischen Kraft: F_res = F_L + F_E.

5. Driftbewegung: Die resultierende Kraft führt dazu, dass das geladene Teilchen eine zusätzliche Querbewegung zur ursprünglichen Bewegungsrichtung erfährt, die als ExB-Drift bezeichnet wird. Diese Driftbewegung verläuft senkrecht zum Magnetfeld und zur Richtung des elektrischen Feldes.

Der ExB-Drift kann qualitativ beschrieben werden als eine seitliche Bewegung eines geladenen Teilchens in einem Plasma, die durch die Wechselwirkung zwischen einem elektrischen Feld (E) und einem Magnetfeld (B) verursacht wird. Wenn das Teilchen eine Geschwindigkeitskomponente senkrecht zum Magnetfeld und eine elektrische Feldkomponente entlang des Magnetfelds hat, erfährt es eine zusätzliche Querbewegung zur ursprünglichen Bewegungsrichtung.

Hier sind einige qualitative Merkmale des ExB-Drifts:

1. Senkrechte Bewegung: Der ExB-Drift verursacht eine Bewegung des geladenen Teilchens senkrecht zum Magnetfeld und zur Richtung des elektrischen Feldes.

2. Spiralförmige Bahn: Aufgrund der Wechselwirkung mit dem Magnetfeld beschreibt das Teilchen eine spiralförmige Bahn entlang der Magnetfeldlinien.

3. Effekt auf die Teilchenbewegung: Der ExB-Drift beeinflusst die Geschwindigkeit und Richtung der Teilchenbewegung. Teilchen mit einer Geschwindigkeitskomponente senkrecht zum Magnetfeld erfahren eine Verschiebung in ihrer Bewegung.

4. Wichtig in magnetisierten Plasmen: Der ExB-Drift ist besonders wichtig in magnetisierten Plasmen, in denen sowohl elektrische Felder als auch Magnetfelder vorhanden sind.

5. Auswirkungen auf Plasmaströmungen: Der ExB-Drift kann zur Bildung von Plasmaströmungen führen, die eine entscheidende Rolle für den Energie- und Teilchentransport in magnetisierten Plasmen spielen.

Der Larmor-Radius, auch als gyroradius bekannt, ist ein Begriff aus der Plasmaphysik und der Teilchenphysik. Er beschreibt den Radius der kreisförmigen Bahn, die ein geladenes Teilchen, wie ein Elektron oder ein Ion, aufgrund der Lorentzkraft in einem Magnetfeld beschreibt.

Wenn ein geladenes Teilchen eine Geschwindigkeit (v) besitzt und sich in einem Magnetfeld (B) bewegt, wirkt die Lorentzkraft auf das Teilchen und zwingt es auf eine kreisförmige Bahn. Die Größe dieser Kreisbahn wird durch den Larmor-Radius (ρ) bestimmt.

Die Formel zur Berechnung des Larmor-Radius lautet:

ρ = (mv⊥) / (|q|B)

Hierbei bedeuten die Symbole:

- ρ: Larmor-Radius

- m: Masse des geladenen Teilchens

- v⊥: Geschwindigkeitskomponente senkrecht zum Magnetfeld

- q: Ladung des Teilchens

- B: Magnetfeldstärke

Der Larmor-Radius hängt von der Geschwindigkeitskomponente senkrecht zum Magnetfeld und der Stärke des Magnetfelds ab. Je größer die Geschwindigkeitskomponente senkrecht zum Magnetfeld ist oder je stärker das Magnetfeld ist, desto größer wird der Larmor-Radius des Teilchens.

Das Vielteilchenbild ist ein Konzept aus der Physik, das verwendet wird, um das Verhalten eines Systems zu beschreiben, das aus vielen miteinander wechselwirkenden Teilchen besteht. In diesem Bild werden die Wechselwirkungen zwischen den Teilchen berücksichtigt, um die kollektiven Eigenschaften des Systems zu verstehen.

Einige wichtige Punkte, die das Vielteilchenbild beschreibt:

1. Wechselwirkungen: Im Vielteilchenbild interagieren die einzelnen Teilchen miteinander durch verschiedene Kräfte, wie zum Beispiel elektromagnetische Wechselwirkungen zwischen geladenen Teilchen, Gravitationskräfte, starke und schwache Kernkräfte, etc.

2. Kollektive Eigenschaften: Durch die Berücksichtigung der Wechselwirkungen zwischen den Teilchen können kollektive Eigenschaften des Systems entstehen. Diese Eigenschaften können ganz anders sein als die Eigenschaften der einzelnen Teilchen.

3. Statistische Beschreibung: In vielen Fällen ist es praktisch oder notwendig, das Verhalten eines Vielteilchensystems statistisch zu beschreiben. Die statistische Mechanik bietet hierfür die geeigneten Werkzeuge, um beispielsweise die Verteilung der Energien und Geschwindigkeiten der Teilchen zu berechnen.

4. Anwendungen: Das Vielteilchenbild findet in verschiedenen Bereichen Anwendung, wie in der Festkörperphysik, Kernphysik, Plasmaphysik, Atomphysik, Chemie und vielen anderen Disziplinen, wo komplexe Systeme aus vielen Teilchen betrachtet werden müssen.

Vorteile:

- Berücksichtigung von Wechselwirkungen zwischen den Teilchen.

- Beschreibung komplexer Systeme mit vielen Teilchen.

- Statistische Beschreibung ermöglicht probabilistische Betrachtung.

- Ermöglicht das Verständnis von kollektiven Eigenschaften.

Nachteile:

- Komplexität der mathematischen Beschreibung für große Systeme.

- Näherungsverfahren erforderlich, wenn analytische Lösungen nicht möglich sind.

- Begrenzte Vorhersagekraft, insbesondere für chaotische oder quantenmechanische Systeme.

Die Maxwell-Boltzmann-Konstante ist eine wichtige Größe in der statistischen Mechanik und spielt eine bedeutende Rolle in der Beschreibung von Vielteilchensystemen, insbesondere in Gasen. Mithilfe der Maxwell-Boltzmann-Konstante lassen sich verschiedene Informationen über das Verhalten der Teilchen in einem Vielteilchensystem ableiten:

1. Verteilung der Teilchengeschwindigkeiten: Die Maxwell-Boltzmann-Konstante ermöglicht es, die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Teilchengeschwindigkeiten in einem Gas zu berechnen. Dadurch kann man beispielsweise die durchschnittliche Geschwindigkeit und die Verteilung der Geschwindigkeiten in einem Gas ermitteln.

2. Energieverteilung: Die Maxwell-Boltzmann-Konstante ist auch mit der Energieverteilung der Teilchen verbunden. Durch sie kann man die Wahrscheinlichkeit berechnen, dass ein Teilchen eine bestimmte Energie hat. Dies ist wichtig, um das Verhalten eines Gases bei verschiedenen Temperaturen zu verstehen und zu beschreiben.

3. Druck und thermodynamische Eigenschaften: Die Maxwell-Boltzmann-Konstante steht in Verbindung mit dem Druck eines Gases und anderen thermodynamischen Eigenschaften. Sie ermöglicht die Berechnung der Druckbeiträge einzelner Teilchen und ist somit grundlegend für die Beschreibung der Zustandsgleichung eines idealen Gases.

4. Vergleich mit Experimenten: Die Maxwell-Boltzmann-Verteilung kann verwendet werden, um experimentelle Daten zu analysieren und zu interpretieren, beispielsweise in der Plasmaphysik, Astrophysik, Atomphysik oder Gasdynamik.

• beschreibt kollektive Bewegungen und WW vieler Teilchen

- Elektronen- und Ionenbeweglichkeit

- Elektrische Leitfähigkeit

- Diffusion

- Drift

- Ionisation und Rekombination

- Wärmeleitung

- Plasmawellen und Turbulenzen

Das ambipolare Feld bezieht sich auf ein elektrisches Feld, das sowohl positiv geladene Ionen als auch negativ geladene Elektronen gleichermaßen beeinflusst. In einem ambipolaren Feld erfahren sowohl Ionen als auch Elektronen die gleiche elektrische Kraft, was dazu führt, dass sie sich gemeinsam in die gleiche Richtung bewegen.

Dieses Phänomen tritt oft in Plasmen auf, da Plasmen aus einer Mischung von positiv und negativ geladenen Teilchen bestehen. Wenn ein ambipolares elektrisches Feld im Plasma vorliegt, können sich Ionen und Elektronen in die gleiche Richtung beschleunigen oder sich entsprechend dem Feld ausrichten.

ambipolaren Diffusion:

- Ambipolare Diffusion: Transportprozess in Plasmen.

- Ambipolares Feld: Gemeinsames elektrisches Feld für Ionen und Elektronen im Plasma.

- Ladungstrennung: Ionen und Elektronen werden von ambipolarem Feld beeinflusst, bewegen sich gemeinsam.

- Ambipolares Feld aufrechterhalten: Ladungstrennung bleibt bestehen, konstantes elektrisches Feld entsteht.

- Ambipolare Diffusion: Ionen und Elektronen diffundieren gemeinsam, gleichen Ladungsdichte aus.

- Wirkung in Plasmen: Homogenisierung der Ionen- und Elektronendichte.

- Stabilität und Dynamik: Ambipolare Diffusion beeinflusst Verhalten von Plasmen.

• unselbstständige Entladung

  • Townsend-Entladung

• selbstständige Entladung

  • DC-Glimmentladung

  • Hochfrequenzentladung RF

• Niederdruck

  • AC/DC, Mikrowellen

• Atmosphärendruck

1. Selbstständige Entladung:

- Eine selbstständige Entladung kann sich aufrechterhalten, ohne dass eine externe Stromquelle erforderlich ist.

- Die Entladung wird durch die Rückkopplungseffekte im Plasma selbst aufrechterhalten, nachdem sie einmal initiiert wurde.

- Beispiele für selbstständige Entladungen sind die Glow-Entladung (Glühentladung) und die Funkenentladung.

- Diese Art der Entladung ist charakteristisch für die meisten Gasentladungslampen und Blitzentladungen.

2. Unselbständige Entladung:

- Eine unselbständige Entladung kann sich nicht ohne eine externe Stromquelle aufrechterhalten.

- Die Entladung benötigt eine externe Energiequelle, um fortzubestehen, da sie nicht genügend Rückkopplungseffekte im Plasma besitzt, um sich selbständig zu halten.

- Beispiele für unselbständige Entladungen sind DC- und RF-Entladungen.

- Diese Art der Entladung wird oft in industriellen Plasmaanwendungen wie Plasmabehandlung und Plasmaätzen verwendet.

Selbstständige Entladungen sind oft einfacher in der Handhabung, da sie sich von selbst stabilisieren können. Unselbständige Entladungen bieten hingegen mehr Flexibilität und Kontrolle, da sie durch externe Stromquellen gezielt beeinflusst werden können.

Eine DC-Entladung, auch als Gleichstromentladung bezeichnet, ist eine Form der Gasentladung, bei der ein Gleichstrom (DC) verwendet wird, um ein Plasma in einem Gas zu erzeugen. Diese Art der Entladung wird oft in industriellen Anwendungen wie Plasmabehandlung, Plasmaätzen, Oberflächenbeschichtungen und in manchen Fusionsforschungsexperimenten eingesetzt.

Funktionsweise einer DC-Entladung:

1. Elektroden: Eine DC-Entladung erfordert mindestens zwei Elektroden, normalerweise eine positive (Anode) und eine negative (Kathode). Diese Elektroden werden in einem gasgefüllten Raum platziert, der als Entladungsgefäß oder Plasmaquelle dient.

2. Gasfüllung: Das Entladungsgefäß wird mit einem Gas gefüllt, das zur Erzeugung eines Plasmas geeignet ist. Typische Gase sind z. B. Stickstoff, Sauerstoff, Argon oder Wasserstoff, abhängig von der gewünschten Plasmaanwendung.

3. Anlegen einer Gleichspannung: Eine externe Gleichspannung wird zwischen den Elektroden angelegt. Die positive Spannung wird normalerweise an die Anode und die negative Spannung an die Kathode angelegt.

4. Ionisation: Die Anwendung der Spannung zwischen den Elektroden führt zu einer ionisierten Gasentladung. Elektronen werden von der negativen Elektrode (Kathode) beschleunigt und kollidieren mit den Gasatomen oder -molekülen. Dadurch werden zusätzliche Elektronen freigesetzt, wodurch sich eine Kaskade von Ionisationen ergibt.

5. Plasmaerzeugung: Die ionisierten Gasatome und -moleküle bilden das Plasma. Dieses Plasma besteht aus einer Mischung von positiven Ionen, freien Elektronen und neutralen Atomen oder Molekülen.

6. Elektrischer Stromfluss: Der anliegende Gleichstrom ermöglicht den kontinuierlichen Fluss von Elektronen zwischen den Elektroden durch das Plasma. Die Bewegung der geladenen Teilchen im Plasma führt zu einem elektrischen Stromfluss, der charakteristisch für die DC-Entladung ist.

7. Plasmaentladung: Das Plasma leuchtet oft aufgrund der Emission von Licht, wodurch eine gut sichtbare Plasmaglow-Entladung entsteht.

Die Strom-Spannungs-Kennlinie einer DC-Entladung gibt die Beziehung zwischen dem angelegten Strom und der Spannung in der Entladung an. Diese Kennlinie ist ein wichtiges Werkzeug, um das Verhalten der DC-Entladung zu charakterisieren und zu verstehen.

Die Strom-Spannungs-Kennlinie einer DC-Entladung zeigt typischerweise folgende Merkmale:

1. Einschaltspannung (Zündspannung): Die Einschaltspannung ist die minimale Spannung, die erforderlich ist, um die Entladung zu initiieren und ein Plasma zu erzeugen. Unterhalb dieser Spannung gibt es keinen Stromfluss und die Entladung bleibt ausgeschaltet.

2. Sättigungsbereich: Sobald die Einschaltspannung überschritten ist, beginnt der Stromfluss im Plasma. In diesem Bereich steigt der Stromfluss proportional zur angelegten Spannung an. Es entsteht ein annähernd linearer Anstieg des Stroms mit der Spannung.

3. Sättigungsniveau: In diesem Bereich erreicht der Strom eine Sättigung, d.h., der Stromfluss hängt nicht mehr linear von der Spannung ab. Die Sättigung kann durch verschiedene Effekte verursacht werden, wie z. B. die limitierte Verfügbarkeit von Ladungsträgern im Plasma oder die Abhängigkeit des Stromflusses von der Gaszusammensetzung und dem Druck.

4. Begrenzungsbereich: Wenn die Spannung weiter erhöht wird, erreicht der Strom sein Maximum und bleibt auf einem konstanten Wert, auch wenn die Spannung weiter steigt. In diesem Bereich ist der Strom durch die maximale Anzahl von freien Ladungsträgern im Plasma begrenzt.

Die Strom-Spannungs-Kennlinie kann je nach den spezifischen Bedingungen der DC-Entladung variieren, einschließlich der Gaszusammensetzung, des Gasdrucks, der Elektrodenkonfiguration und anderer Faktoren. Sie dient dazu, die optimale Betriebsbereiche für eine bestimmte Anwendung zu identifizieren, die Leistung und Stabilität des Plasmas zu verstehen und die geeigneten Parameter für die gewünschten Plasmaanwendungen auszuwählen.

Die Townsendentladung, benannt nach dem britischen Physiker John Sealy Townsend, ist eine Art Gasentladung, die in einem elektrischen Feld bei niedrigem Druck stattfindet. Sie tritt in Gasen auf, wenn eine ausreichend hohe Spannung angelegt wird, um eine Ionisation der Gasatome oder -moleküle zu bewirken.

Wie kommt die Townsendentladung zustande?

1. Anfangsprozess: In einem gasgefüllten Raum werden Elektroden platziert, zwischen denen eine elektrische Spannung angelegt wird. Wenn die Spannung hoch genug ist, entstehen elektrische Felder im Gas.

2. Primäre Ionisation: Das elektrische Feld beschleunigt die freien Elektronen im Gas. Wenn diese schnellen Elektronen mit neutralen Gasatomen oder -molekülen kollidieren, können sie Energie übertragen und diese Atome oder Moleküle ionisieren. Dadurch werden zusätzliche freie Elektronen freigesetzt.

3. Sekundäre Elektronen: Die durch Primärionisation freigesetzten zusätzlichen Elektronen werden ebenfalls beschleunigt und kollidieren mit weiteren Gasatomen oder -molekülen, um zusätzliche Ionisationen zu verursachen. Dieser Prozess setzt sich fort und führt zu einer Kaskade von Ionisationen, bei der die Anzahl der freien Elektronen exponentiell zunimmt.

4. Townsend-Lawine: Die Kaskade von Ionisationen wird als Townsend-Lawine bezeichnet. Dabei entsteht eine große Anzahl von freien Ladungsträgern (Elektronen und Ionen) im Gas, was zur Bildung eines Plasmas führt.

5. Entladungsphänomene: Die Ionisation des Gases durch die Townsend-Lawine führt zur sichtbaren Entladung, die als Townsendentladung bekannt ist. In diesem Zustand kann das Gas leuchten und eine charakteristische Leuchterscheinung erzeugen.

Die Townsendentladung kann in verschiedenen Druckbereichen auftreten, von sehr niedrigem Druck (Vakuumentladung) bis hin zu gemäßigten Drücken (Niederdruckentladung). Die Intensität und das Verhalten der Townsendentladung hängen von der Spannung, dem Gasdruck, der Gaszusammensetzung, der Elektrodenkonfiguration und anderen Faktoren ab.

• Townsend-Entladung

  • bei kleinen Strömen unselbständige Entladung

  • für höhere Ströme deutliche Erhöhung der Spannung notwendig

• Subnormale Glimmentladung

  • Zündbedingungen erreicht -> Entladung brennt selbst#

  • dazu zunächst Verkleinerung der Entlad., damit Stromdichte eine minimale Spannung (zündspannung erlaubt)

• normale Glimmentladung

  • weitere Erhöhung des Stroms führt bei const. Stromdichte zu einer Vergrößerung des Plasmas

• anormale Glimmentladung

  • bei Ausfüllung der Elektrodenflächen kann eine Stromerhöhung nur über Erhöhung der Spannung erzielt werden

  • nach Child-Langmuir-Gesetz: I~U ^ 2/3

• Bogenentladung

  • bei hohem Strom heiz sich die Elektrodenoberfläche stark auf

    -> dadurch thermisch getriebene Emision (Glühemission) von Elektronen

  • für Enladung nur noch geringe Spannung notwendig

Das Townsendkriterium, die Zündspannung und das Paschengesetz sind wichtige Konzepte in der Gasentladungsphysik, insbesondere im Zusammenhang mit der Ionisation von Gasen und der Erzeugung von Plasmen. Hier ist eine Erklärung dieser Begriffe:

1. Townsendkriterium:

Das Townsendkriterium beschreibt die Bedingungen, unter denen eine Gasentladung initiiert wird und ein Plasma erzeugt wird. Es besagt, dass eine Gasentladung stattfinden kann, wenn die Anzahl der durch Stoßionisation freigesetzten Elektronen größer ist als die Anzahl der verlorenen Elektronen durch Rekombination oder Absorption an den Wänden des Entladungsgefäßes. Das Townsendkriterium hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie dem angelegten elektrischen Feld, dem Gasdruck, der Gaszusammensetzung und der Geometrie des Entladungsgefäßes.

2. Zündspannung:

Die Zündspannung ist die minimale Spannung, die erforderlich ist, um eine Gasentladung zu initiieren und ein Plasma zu erzeugen. Es ist der Punkt, an dem das Townsendkriterium erfüllt ist und die Zahl der freien Elektronen durch Ionisation die Verluste durch Rekombination und Absorption überwiegt. Unterhalb der Zündspannung ist das Gas im Entladungsgefäß noch nicht ionisiert, und es findet keine Gasentladung statt.

3. Paschengesetz / Paschenkurve:

Das Paschengesetz beschreibt die Beziehung zwischen dem Gasdruck und der Zündspannung in einer Gasentladung. Es wurde von Friedrich Paschen entwickelt und wird oft in Form einer Paschenkurve dargestellt. Die Paschenkurve zeigt, dass die Zündspannung in Abhängigkeit vom Gasdruck ein Minimum hat und bei sehr niedrigen oder sehr hohen Drücken ansteigt. Die Paschenkurve zeigt somit die optimalen Bedingungen für die Zündung einer Gasentladung und gibt an, welcher Gasdruck erforderlich ist, um eine Entladung zu initiieren.

4. Townsendkoeffizienten, Volumen- und Oberflächenprozesse:

Der Townsendkoeffizient gibt an, wie effizient Elektronen durch Ionisation freigesetzt werden, wenn sie mit neutralen Gasatomen oder -molekülen stoßen. Der Koeffizient hängt von den Stoßquerschnitten zwischen Elektronen und Gasatomen ab und ist für verschiedene Gase und Energiebereiche unterschiedlich.

Volumenprozesse beziehen sich auf Ionisationsprozesse, die im gesamten Volumen des Gases auftreten. Oberflächenprozesse sind dagegen mit der Ionisation an den Elektroden oder Wänden des Entladungsgefäßes verbunden. Beide Prozesse beeinflussen die Townsend-Lawine und haben Auswirkungen auf die Zündspannung und das Verhalten der Gasentladung.

In der Gasentladungsphysik spielen diese Konzepte eine entscheidende Rolle bei der Steuerung und Charakterisierung von Gasentladungen und Plasmen in verschiedenen Anwendungen wie Gasentladungslampen, Plasmaforschung und industriellen Plasmaprozessen.

Voraussetzung: Ladungsträgerdichte so klein, dass externes elektrisches nicht oder nicht stark abgeschirmt wird.

- Paschenkurve beschreibt Beziehung zwischen Gasdruck und Zündspannung in Gasentladung.

- Streamermechanismus: Ausbreitung von Plasmaentladungen als diskrete Kanäle (Streamer).

- Streamermechanismus komplex, abhängig von vielen Faktoren (elektrisches Feld, Elektrodenkonfiguration, Gaszusammensetzung).

- Paschenkurve zeigt nicht direkt Entstehung der Streamer-Kanäle.

Streamermechnismus:

- Initiierung: Beginnt durch lokale Ionisation im Gas (z. B. elektronischer Funke, koronabedingte Entladung). Stromstärken 10eV, Praxis E=10^6eV

- Beschleunigung: Freie Elektronen und Ionen werden durch das elektrische Feld beschleunigt.

- Streamer-Bildung: Beschleunigte Teilchen bilden diskreten Kanal (Streamer) durch Kaskade von Ionisationen.

- Streamer-Ausbreitung: Streamer breitet sich schnell entlang des elektrischen Feldes aus.

- Verzweigung und Verschmelzung: Mehrere Streamer können gleichzeitig entstehen, verzweigen oder verschmelzen.

- Wechselwirkung mit Materie: Streamer-Plasmastrahl kann chemische Reaktionen initiieren, Oberflächen modifizieren oder Schadstoffe abbauen.

- Anwendungen: Streamermechanismus in Plasma-Oberflächenbehandlung, Plasmaätzen, Plasmamedizin und Luftreinigung eingesetzt.

Streamer = Streamerkopf + Streamerkanal (dehnt sich entlang der Laufrichtung des Streamers aus)

1. Negativer Streamer:

- Ein negativer Streamer ist ein Plasmaentladungskanal, in dem vorwiegend negative Ladungen, also Elektronen, überwiegen.

- Der negative Streamer bildet sich in Richtung einer positiven Elektrode, wo die Elektronen beschleunigt werden und eine Kaskade von Ionisationen in der Gasphase verursachen.

- Der negative Streamer kann bei verschiedenen Anwendungen in Atmosphärendruckplasmen nützlich sein, einschließlich der Behandlung von Oberflächen oder der Entfernung von Schadstoffen in der Luft.

2. Positiver Streamer:

- Ein positiver Streamer ist ein Plasmaentladungskanal, in dem vorwiegend positive Ladungen, also Ionen, überwiegen.

- Der positive Streamer bildet sich in Richtung einer negativen Elektrode, wo die Ionen beschleunigt werden und eine Kaskade von Ionisationen in der Gasphase verursachen.

- Der positive Streamer kann in einigen Anwendungen von Vorteil sein, z. B. bei der Erzeugung von Plasmastrahlen oder in Plasmareaktoren.

• Kanalbruch

Der Übergang zwischen einer Streamerentladung und einer Bogenentladung ist ein komplexer Prozess, der von verschiedenen Faktoren beeinflusst wird. Dieser Übergang kann durch Änderungen der Entladungsbedingungen und Plasma-Parameter ausgelöst werden. Es gibt jedoch keine festen Grenzwerte oder klare Trennlinien zwischen den beiden Entladungsformen, da der Übergang eher graduell ist. Hier sind einige der Faktoren, die den Übergang zwischen Streamer- und Bogenentladung beeinflussen können:

1. Gaszusammensetzung: Die Art und Konzentration der Gasatome oder -moleküle im Entladungsraum können den Übergang beeinflussen. Einige Gase neigen eher zur Bildung von Streamern, während andere eher zur Bogenentladung neigen.

2. Gasdruck: Der Druck des Gases im Entladungsraum ist ein entscheidender Faktor. Bei niedrigen Drücken tendieren Entladungen eher dazu, in Form von Streamern zu auftreten, während bei höheren Drücken die Bogenentladung bevorzugt wird.

3. Elektrisches Feld: Das angelegte elektrische Feld beeinflusst die Ausbreitung von Streamern und Bogenentladungen. Bei niedrigeren Feldstärken können Streamer vorherrschen, während bei höheren Feldstärken eine Bogenentladung wahrscheinlicher ist.

4. Elektrodenkonfiguration: Die Anordnung der Elektroden im Entladungsraum kann den Übergang beeinflussen. Unterschiedliche Elektrodenkonfigurationen können zu unterschiedlichen elektrischen Feldverteilungen führen und damit die Art der Entladung beeinflussen.

5. Stromversorgung: Die Art der Stromversorgung und die Spannungsfrequenz können den Übergang beeinflussen. Pulsierende Ströme können beispielsweise die Bildung von Streamern begünstigen.

6. Gasfeuchte: Die Anwesenheit von Feuchtigkeit im Gas kann den Übergang beeinflussen, da es die Plasmachemie und die Entladungseigenschaften verändern kann.

• Bogenentladung: Hochintensiver elektrischer Strom zwischen Elektroden. = thermisches Plasma

• Erzeugt heller Lichtbogen, gibt Wärme und Licht ab.

• Anwendungen: Schweißtechnik, Lichtbogenschweißgeräte, Lichtbogenlampen, Plasmaforschung.

• Natürliche Ursache: Gewitterblitze zwischen Wolken oder zwischen Wolken und Erdoberfläche.

• Kann gefährlich sein, erfordert sorgfältige Kontrolle und Sicherheitsmaßnahmen.

• entsteht bei Atm.druck bei stark inhomogenen Feldern (eine Elektrode deutlich kleiner als die andere)

Eine Korona-Entladung ist eine Form der partiellen Entladung, die in der Elektrotechnik und Hochspannungstechnik auftritt. Sie kann auftreten, wenn eine hohe elektrische Spannung an einem spitzen oder scharfen Objekt angelegt wird, wie beispielsweise an einer Metallspitze, einem Drahtende oder an den Kanten von Isolatoren.

Hier ist, wie eine Korona-Entladung entsteht:

1. Hohe elektrische Spannung: Eine hohe elektrische Spannung wird an einem scharfen oder spitzen Objekt angelegt. Diese Spannung kann hoch genug sein, um die Durchschlagfestigkeit des umgebenden Mediums (z. B. Luft) zu überschreiten, jedoch nicht ausreichend, um eine vollständige Entladung oder einen Lichtbogen zu erzeugen.

2. Elektrisches Feld: Aufgrund der räumlichen Geometrie des spitzen Objekts entsteht ein starkes elektrisches Feld an der Oberfläche des Objekts. Die elektrischen Feldlinien sind an den Spitzen dichter, was zu einer starken elektrischen Feldkonzentration führt.

3. Ionisation: Das starke elektrische Feld ionisiert das umgebende Gas (normalerweise Luft), indem es die Elektronen von den Atomen abzieht und positiv geladene Ionen und freie Elektronen erzeugt. Diese ionisierten Teilchen können entweder durch Kollisionen mit anderen Gasatomen oder durch das elektrische Feld beschleunigt werden.

4. Korona-Entladung: Die ionisierten Teilchen (Ionen und Elektronen) werden in der Nähe der spitzen Oberfläche beschleunigt und ziehen weitere Elektronen von den Atomen im Gas ab. Dies führt zu einer Verstärkung der Ionisation und einem sichtbaren, glühenden Halo um die Spitze, bekannt als Korona-Entladung.

Die Korona-Entladung ist in der Regel von geringer Intensität und wird als bläuliches oder violettes Glühen um das spitze Objekt herum sichtbar. Sie kann mit einem leisen Summen oder Knistern begleitet sein. Die Entladung kann bei hohen elektrischen Spannungen in Hochspannungsleitungen, Schaltanlagen, Transformatoren oder bei elektrischen Geräten mit scharfen Kanten oder Ecken auftreten.

• Parasitäre Entladung

  • z.B. entlang von Hochspannungsleitungen, Elmsfeuer

• Kopier- und Laserdrucker

• Ozonerzeugung

• Abgasentstaubung

Die dielektrisch behinderte Entladung (DBD) ist eine Form der Gasentladung, bei der ein nichtleitendes Dielektrikum (Isolator) zwischen zwei Elektroden angebracht ist und die elektrische Entladung beeinflusst wird. Hier sind das Prinzip und einige Ausführungsformen der dielektrisch behinderten Entladung:

Prinzip:

- Die DBD nutzt ein dielektrisches Material, das normalerweise nicht elektrisch leitend ist, um zwischen den Elektroden in einem Gas zu wirken.

- Eine Wechselspannung wird an den Elektroden angelegt, wodurch elektrische Felder im Dielektrikum entstehen.

- Wenn die elektrische Feldstärke im Dielektrikum eine bestimmte Schwelle überschreitet, erfolgt eine lokale Ionisation des Gases in der Nähe des Dielektrikums.

- Die lokal ionisierte Zone wird als Plasma bezeichnet und wirkt als leitender Kanal, der die Entladung in der Gaslücke aufrechterhält.

- Durch die Wechselspannung schalten sich die Entladungen in hoher Frequenz ein und aus, was zur Charakteristik der dielektrisch behinderten Entladung führt.

Ausführungsformen:

- DBD-Barrierenentladung: Ein dünnes Dielektrikum wird zwischen den beiden Elektroden platziert, wobei das Gas durch eine enge Gaslücke fließt. Dies führt zu einem dichten Plasma und einem hohen Grad an Ionisation in der Nähe des Dielektrikums.

- DBD-Oberflächenentladung: Hier wird ein Dielektrikum direkt auf die zu behandelnde Oberfläche aufgebracht, und die Elektroden befinden sich unter oder neben der Dielektrikumoberfläche. Dies ermöglicht die Behandlung großer Flächen und ist in der Plasmatechnologie weit verbreitet.

- DBD-Röhrchenentladung: Die DBD wird in einem dünnen Röhrchen oder einer Kapillare erzeugt, wodurch eine längere Entladungszone entsteht. Dies wird oft in Gasentladungslampen und plasmagestützten chemischen Reaktionen verwendet.

Anwendungen:

Die dielektrisch behinderte Entladung findet in vielen Anwendungen Verwendung, wie z. B.:

- Oberflächenbehandlung und -modifikation

- Gasentladungslampen

- Luft- und Abgasreinigung

- Plasmamedizin und Biotechnologie

- Plasmaätztechnologie in der Halbleiterindustrie

- Plasmaaktivierung und Beschichtungen

Ein Plasmajet ist ein Gerät, das ein Plasma erzeugt und kontrolliert freisetzt. Es besteht aus einer Stromquelle, einer Elektrode und einem Gasfluss.

Funktionsweise eines Plasmajets:

1. Gaszufuhr: Ein Gas wird in das Plasmajet eingespeist. Dies kann ein Edelgas wie Argon oder Helium sein oder ein Gasgemisch, das spezifische chemische Reaktionen ermöglicht.

2. Elektrode: Das Plasmajet enthält eine Elektrode, die elektrisch mit einer Stromquelle verbunden ist. Die Elektrode dient als Emitter für den elektrischen Strom, der das Plasma erzeugt.

3. Ionisation: Wenn eine Spannung an die Elektrode angelegt wird, entsteht ein elektrisches Feld im Gas, das zu einer lokalen Ionisation des Gases führt. Dies bewirkt, dass einige der Gasatome oder Moleküle in Ionen und freie Elektronen aufgespalten werden.

4. Plasmaerzeugung: Die ionisierten Teilchen und freien Elektronen bilden ein Plasma, das aus positiven Ionen, negativen Elektronen und neutralen Atomen oder Molekülen besteht. Das Plasma ist elektrisch leitfähig.

5. Plasmaaustritt: Das Plasma tritt aus dem Plasmajet aus und kann zur Behandlung von Oberflächen, in der Medizin oder anderen Anwendungen verwendet werden.

Anwendungen von Plasmajets:

- Oberflächenbehandlung: Plasmajets werden zur Reinigung, Aktivierung und Modifikation von Oberflächen verwendet.

- Medizinische Anwendungen: Plasmajets werden in der Medizin für die Wundbehandlung, zur Sterilisation und zur Krebsbehandlung eingesetzt.

- Materialbearbeitung: Plasmajets werden zur Plasmaätztechnologie und zur präzisen Materialbearbeitung verwendet.

- Umwelttechnik: Plasmajets finden Anwendung in der Luft- und Abgasreinigung, um Schadstoffe abzubauen.

- Plasmamedizin und Biotechnologie: Plasmajets werden in der Zellbiologie, der Krebsforschung und für medizinische Diagnosen eingesetzt.