Dokument: Spektroskopische Untersuchung und Modellierung eines lasererzeugten Heliumplasmas im starken Magnetfeld

Titel:	Spektroskopische Untersuchung und Modellierung eines lasererzeugten Heliumplasmas im starken Magnetfeld
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=2635
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20031006-000635-8
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Burger, Martin [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 5,38 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 09.02.2007 / geändert 09.02.2007
Beitragende:	Prof. Dr. Uhlenbusch, Jürgen [Gutachter] Prof. Dr. Willi, Oswald [Gutachter]
Stichwörter:	gepulster CO2-Laser, lasererzeugtes Plasma im starken Magnetfeld, Emissionsspektroskopie an Helium, Elektronentemperaturverteiliung, Elektronendichteverteiliung, Plasmamodellierungpulsed CO2-laser, laser prduced helium plasma, electron density distribution, electron temperature distribution, emission spectroscopy
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beschreibung:	In der vorliegenden Arbeit wurde ein vorhandener CO2-Laser für die Erzeugung von laserproduzierten Plasmen optimiert und die damit erzeugten Plasmen in einem Magnetfeld von bis zu 8 Tesla spektroskopisch untersucht. Der Laser bestand aus einem Oszillator mit nachgeschaltetem Hochleistungsverstärker. Die Halbwertsbreite der Pulslänge wurde durch eine Verlängerung des Oszillators von 35 ns auf auf etwa 76 ns vergrößert und damit ein verbessertes Zündverhalten erreicht. Das Anschwingen des Lasersystems zwischen dem Oszillatorendspiegel am einen Ende und dem Plasma am anderen Ende konnte durch eine optische Entkopplung von Oszillator und Verstärker mit einer schnellaufenden Chopperscheibe im Fokus eines Aufweitungsteleskops unterdrückt werden. Durch Änderung der in den Verstärker eingespeisten Mikrowellenleistung und des Betriebsdrucks des Lasergases konnte die Ausgangsleistung des Verstärkers erhöht werden. Der Laser hatte eine Repetitionsrate von 6 kHz, eine Pulsenergie von 80 mJ, eine Halbwertsbreite des Hauptpulses von etwa 80 ns, eine mittleren Spitzenleistung im Hauptpuls von etwa 0,5 MW und einen ausgeprägten Vorpuls mit etwa 0,2 MW Spitzenleistung bei der Wellenlänge von 10,6 µm. Zur Erzeugung der Plasmen wurde der Laserstrahl mit einem Parabolspiegel der Brennweite f=25 mm fokussiert. In Helium kann damit ab einem Druck von 45 kPa eine gepulste optische Entladung erzeugt werden. Ein Magnetfeld der Flußdichte 8 Tesla verringert den benötigten Druck auf etwa 30 kPa. Bei höheren Drücken wandert der Zeitpunkt der Zündung durch das Magnetfeld vom Hauptpuls in den Vorpuls. Über die Halbwertsbreite der He-II-Paschen-alpha-Linie und das Verhältnis dieser Linie zur Kontinuumsstrahlung unter der Linie wurde die Elektronendichte und -temperatur des Plasmas spektroskopisch bestimmt. Bei einem Heliumdruck von 80 kPa steigt die Elektronendichte auf bis zu 5,5 E24 m-3 an und es werden Elektronentemperaturen bis zu 600 000 K erreicht. Die Intensität des Vorpulses beeinflußt den Zeitpunkt der Zündung und den Verlauf von Elektronendichte und -temperatur wesentlich. Ein frühes Zünden im Vorpuls, wie es bei einem äußeren Magnetfeld von 8 Tesla auftritt, führt zu einer frühen Expansion des Plasmas mit geringerer Dichte und kleineren Temperaturen im Hauptpuls. Ein sehr spätes Zünden im Hauptpuls, etwa bei geringem Druck, führt ebenfalls zu einer geringen Laserpulsabsorption und ebenfalls geringeren Elektronendichten und -temperaturen. In dieser Arbeit nahm die maximale Elektronendichte und -temperatur mit abnehmendem Druck und zunehmendem Magnetfeld ab. Bei einer höheren Intensität des Vorpulses kann sich die Druckabhängigkeit bei insgesamt geringeren Elektronentemperaturen jedoch auch umkehren. Das Magnetfeld erniedrigte nicht nur den benötigten Zünddruck und verschob den Zünddruck zu früheren Zeitpunkten, sondern beeinflußte in der Anstiegsflanke des Hauptpulses und vor allem in der Rekombinationsphase die Form des Plasmas und führte zu einer Elongation auf der Laserstrahlachse. Die radiale Verteilung von Elektronendichte und Elektronentemperatur über den Querschnitt wird mit Magnetfeld homogener. Berechnungen mit dem Programm PODIUM, das eine radialsymmetrische optische Entladung berechnet, geben Elektronendichte und Elektronentemperatur des Plasmas in der richtigen Größenordnung wieder, weisen aber vor allem in der radialen Abhängigkeit von Elektronendichte und Temperatur systematische Abweichungen auf.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik
Dokument erstellt am:	06.10.2003
Dateien geändert am:	12.02.2007
Promotionsantrag am:	15.07.2003
Datum der Promotion:	15.07.2003