@phdthesis{Grubert2009,
  author    = {Gordon Grubert},
  title     = {Kinetik der Ladungstr{\"a}ger und neutralen Spezies in anisothermen, molekularen Entladungsplasmen},
  journal    = {Kinetics of the charge carrier and neutral species in nonisothermal, molecular discharge plasmas},
  url       = {https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-000564-9},
  year      = {2009},
  abstract  = {In dieser Arbeit wurde die Kinetik geladener und neutraler Spezies in anisothermen, molekularen Niederdruckentladungsplasmen untersucht. Als Arbeitsgas wurde Sauerstoff gew{\"a}hlt, da es noch eine Reihe grundlegender Fragen zu beantworten gibt und da Sauerstoff f{\"u}r viele technische Anwendungen von Interesse ist. F{\"u}r eine ad{\"a}quate Beschreibung des Elektronensubsystems wurde die station{\"a}re, r{\"a}umlich inhomogene kinetische Gleichung der Elektronen gel{\"o}st und die Elektronengeschwindigkeitsverteilungsfunktion (EVDF) bestimmt. Auf der Grundlage einer Legendre-Polynomentwicklung wurde eine strikte Multiterm-Beschreibung entwickelt, mit deren Hilfe die EVDF unter Vorgabe realistischer Potentialverl{\"a}ufe zwischen den Elektroden und der Plasmazusammensetzung im Druckbereich von 1 bis ~100 Pa bestimmt wurde. Es konnte der wesentliche Einflu{\"s} der dissipativen Sto{\"s}terme zur r{\"a}umlichen Relaxation der EVDF erstmals f{\"u}r Sauerstoff gezeigt werden. In Bereichen kleiner Dr{\"u}cke ist ein Verhalten zu finden, welches typisch f{\"u}r Strahlelektronen ist, d.h. die an der Kathode eingestreute Elektronengruppe wandert praktisch ohne D{\"a}mpfung bis zur Anode. Dies spiegelt sich auch in den makroskopischen Gr{\"o}{\"s}en wider, die im gesamten Entladungsgebiet eine starke r{\"a}umliche Struktur aufweisen. Bei einer Druckerh{\"o}hung ist eine schnelle r{\"a}umliche Relaxation der EVDF zu beobachten, die bereits beim Verlassen des Kathodenfallgebiets ann{\"a}hernd abgeschlossen ist. Damit in Verbindung stehen r{\"a}umlich konstante Transportgr{\"o}{\"s}en f{\"u}r die Elektronen oder deren mittlere kinetische Energie. Weiterhin wurde ein System hydrodynamischer Bilanzgleichungen f{\"u}r die betrachteten Spezies in Sauerstoff-Glimmentladungen abgeleitet, welches gekoppelt mit der Poisson-Gleichung gel{\"o}st wurde. Somit konnten die Dichten und Str{\"o}me der Spezies sowie das elektrische Potential selbstkonsistent bestimmt werden. F{\"u}r die Analysen wurde ein reaktionskinetisches Modell f{\"u}r Sauerstoff entwickelt, welches alle relevanten Spezies und die zugeh{\"o}rigen Reaktionskan{\"a}le enth{\"a}lt. Insbesondere k{\"o}nnen in den hier betrachteten Plasmen mit Dr{\"u}cken um 100 Pa O2(b 1Σg+), O3 sowie O+ und O2- vernachl{\"a}ssigt werden. Somit war es m{\"o}glich, sowohl das Startverhalten als auch den station{\"a}ren Zustand der betrachteten Sauerstoff-Entladungen zu charakterisieren. Dabei konnte festgestellt werden, da{\"s} die metastabilen Molek{\"u}le O2(a 1Δg) keinen Einflu{\"s} auf kurze anormale Glimmentladungen haben, da ihre Dichte im Vergleich zum Bereich der positiven S{\"a}ule {\"a}u{\"s}erst gering ist. Dagegen wirken sich die negativen Ionen O- merklich auf die Formierung des Raumladungsfelds aus und m{\"u}ssen Ber{\"u}cksichtigung finden. Anhand einer Radiofrequenzentladung konnte zudem der Einflu{\"s} der Lokalen-Feld-N{\"a}herung (LFA) als auch der Lokalen-Mittleren-Energie-N{\"a}herung (LMEA) f{\"u}r die elektronischen Gr{\"o}{\"s}en auf das Entladungsverhalten gezeigt werden. Hierbei konnte in {\"U}bereinstimmung mit der kinetischen Analyse der Elektronen festgestellt werden, da{\"s} die LFA zu einer erheblichen {\"U}bersch{\"a}tzung der entsprechenden Gr{\"o}{\"s}en f{\"u}hrt und zur nichtlokalen Beschreibung ungeeignet ist. Daher ist die Anwendung der LMEA im Rahmen einer hydrodynamischen Beschreibung zu empfehlen. Weiterhin wurde ein Hybrid-Verfahren entwickelt, welches eine kinetische Beschreibung der Elektronenkomponente sowie eine hydrodynamische Beschreibung der Spezies beinhaltet. Diese Methode wurde angewendet, um den station{\"a}ren Zustand einer anormalen Sauerstoff-Glimmentladung zu bestimmen. Dabei wurden die Ratenkoeffizienten der Elektronensto{\"s}prozesse auf einem kinetischen Niveau bestimmt und in der hydrodynamischen Beschreibung verwendet, so da{\"s} die Qualit{\"a}t der theoretischen Beschreibung wesentlich verbessert wurde. Dieses Verfahren wurde f{\"u}r einen direkten Vergleich mit den bisher durchgef{\"u}hrten rein hydrodynamischen Rechnungen genutzt. Dabei konnte wiederum festgestellt werden, da{\"s} die Ratenkoeffizienten in der Lokalen-Feld-N{\"a}herung {\"u}bersch{\"a}tzt werden, was zum einen zu hohe Raten und Teilchendichten zur Folge hat und zum anderen auch die Entladungsparameter f{\"u}r einen erfolgreichen Durchbruch nicht korrekt charakterisiert.},
  language  = {de}
}