@phdthesis{Gerling2014,
  author    = {Torsten Gerling},
  title     = {Beitr{\"a}ge zur optischen und elektrischen Charakterisierung des dynamischen Verhaltens von Plasmaspezies in Atmosph{\"a}rendruck-Plasmen},
  journal    = {Contributions to optical and electrical characterisation of the dynamic of plasma species in atmospheric pressure plasmas},
  url       = {https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-002023-5},
  year      = {2014},
  abstract  = {Die vorliegende Arbeit liefert Beitr{\"a}ge zur optischen und elektrischen Charakterisierung des dynamischen Verhaltens von Plasmaspezies in Atmosph{\"a}rendruck-Plasmen insbesondere mit Hinsicht auf den Einsatz in der Plasmamedizin. Dabei wurde ein breites Spektrum verschiedener Diagnostiken angewandt, um die Zug{\"a}nglichkeit zur Bestimmung weiterer Plasmaparameter an Atmosph{\"a}rendruck zu pr{\"u}fen. Diese Arbeit stellt eine neue Methode zur Bestimmung der Ionendichte bei Atmosph{\"a}rendruck- Bedingungen vor, bei der elektrische Oszillationen ausgewertet werden, deren Ursprung ionenakustische Wellen im Plasma sind. Weiterhin wurden neben relativen optischen Messungen wie der phasenaufgel{\"o}sten optischen Fotografie (PROI) und der Kreuz- Korrelations-Spektroskopie (CCS) auch absolute optische Messungen mit der interferometrischen Hakenmethode und dem Pockels-Effekt durchgef{\"u}hrt. Anhand von elektrischen Messungen wurde ferner gezeigt, dass mit einer Strom- und Spannungs-Charakteristik der Einfluss von Aufbauparametern, wie der Kapillarposition oder dem Gasfluss, auf das Plasma untersucht werden kann. Gegenstand der Untersuchungen waren verschiedene Plasmaquellen, die f{\"u}r eine Nutzung in der Plasmamedizin entwickelt wurden. Sowohl die elektrischen Messungen des Parametereinflusses als auch die Bestimmung der Ionendichte erfolgten an der selbstpulsenden transienten Funkenentladung in Argon an offener Atmosph{\"a}re. Der geringe Filamentdurchmesser und der dennoch hohe Entladungsstrom erm{\"o}glichen die Detektion der ionenakustischen Instabilit{\"a}t. Dar{\"u}ber hinaus wurde diese erratisch z{\"u}ndende Entladung r{\"a}umlich und zeitlich aufgel{\"o}st mit der CCS spektroskopisch untersucht. Dabei wird insbesondere die Selbst-Triggerung der CCS ausgenutzt, um einen Zeitbezug trotz des gro{\"s}en Entladungsjitter zu erhalten. F{\"u}r die PROI wurden die r{\"a}umlich und zeitlich stabilen Entladungsanordnungen der Nadel-Platte-Geometrie und des Kapillarjets in Helium gew{\"a}hlt. Die Anordnungen wurden mit einer periodischen Sinusspannung betrieben und wiesen Entladungsspalte von d = 5 - 15 mm auf. Eine besondere Anforderung der Messung mit dem Pockels-Effekt ist zu der r{\"a}umlichen und zeitlichen Stabilit{\"a}t eine dielektrische Gegenelektrode, welche bei der Anordnung des Kapillarjets m{\"o}glich war. Bei der Anwendung der interferometrischen Hakenmethode kam neben einem Erdgas-Sauerstoff-Mischgasbrenner sowohl eine Mikrowellen-Entladung (Plexc) als auch ein MHz-Plasmajet (kINPen) zur Anwendung. Die Bedeutung der elektrischen Messungen, besonders der Strom- und Spannungscharakteristik einer Entladung, wurde an dem Parametereinfluss der Kapillarposition einer erratisch z{\"u}ndenden transienten Funkenentladung vorgestellt. Es konnte gezeigt werden, dass der Zeitunterschied zwischen dem Stromsignal eines Vorstreamers und der Hauptentladung durch das Einbringen einer Kapillare in den Entladungsspalt deutlich verringert wird. Insbesondere der Beitrag der lokalen elektrischen Feldst{\"a}rkeerh{\"o}hung an der Kapillarkante und der Diffusionsanteil der Umgebungsluft wurden als Ursachen, durch Vergleich einer Feldsimulation mit der Beobachtung der Vorphase an der Kapillarkante in den CCS-Messungen, diskutiert. Anschlie{\"s}end konnte gezeigt werden, dass der Leistungseintrag in die Vorphase durch die Platzierung der Kapillare deutlich reduziert werden kann. Ein wesentliches Ergebnis dieser Arbeit ist die Beobachtung von ionenakustischen Wellen als Oszillationen im Abklingen des Stromsignals einer erratisch z{\"u}ndenden transienten Funkenentladung. Hierzu war es n{\"o}tig, elektrische St{\"o}rungen zu erkennen und zu eliminieren. Es konnte ein Erdschleifen-freier Aufbau realisiert werden. In diesem Aufbau zeigt sich, dass die Signale der ionenakustischen Welle ausschlie{\"s}lich in einem bestimmten Gasflussbereich beobachtet werden. Die gemessene Frequenz der Oszillationen wurde als Ionenplasmafrequenz f\_{pl ,i} identifiziert und enth{\"a}lt daher Angaben zu den Ionendichten im Bereich von n\_{Ar\_2^+} = 3•10^{14} cm^{-3} bis 1•10^{12} cm^{-3}. Nach einer Absch{\"a}tzung der zu erwartenden Elektronendichte, die der gemessenen Ionendichte sehr nahe kommt, wurde die Dispersionsrelation f{\"u}r die vorhandenen Entladungsbedingungen aufgestellt und gel{\"o}st. Dabei zeigt sich eine starke zeitliche D{\"a}mpfung {\"u}ber die Ionen-Neutralteilchenst{\"o}{\"s}e sowie eine r{\"a}umliche Verst{\"a}rkung f{\"u}r die Ionenplasmafrequenz. Aus der D{\"a}mpfung der Oszillationsamplituden konnte die Ionen- Neutralteilchen-Sto{\"s}frequenz nu\_i = 3•10^7 Hz ermittelt werden. Weiterhin ergibt sich aus der L{\"o}sung der Dispersionsrelation ein Existenzbereich f{\"u}r die ionenakustischen Wellen in Abh{\"a}ngigkeit von der Ionendichte und der elektrischen Feldst{\"a}rke.},
  language  = {de}
}