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Bitte verwenden Sie diesen Link, wenn Sie dieses Dokument zitieren oder verlinken wollen: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-002419-3

Dusty plasmas in moderate magnetic fields

  • The main issue of this thesis was the investigation of dusty plasmas in magnetic fields. We made use of spherical paramagnetic as well as non-magnetic plastic particles in the micrometer range, so-called dust particles. The particles were then trapped in the sheath region of the driven lower electrode of an rf discharge. The plasma chamber was surrounded by coils to apply a horizontal magnetic field with field strengths of up to B=50mT at the particles’ position. In this configuration the sheath electric field and the external magnetic field were perpendicular to each other. Only the electrons could be magnetized but this leads to several forces acting on the dust particles. In some aspects the dust clusters with the magnetic particles show a behavior that is in complete contrast to those consisting of the standard non-magnetic plastic particles. Both types of particles have in common that the dust clusters were found to move either towards the positive or negative ExB-direction as a reaction to the magnetic field. Whether the positive or negative direction was preferred depended on the experimental conditions. The forces that lead to this transport are plasma-based forces induced by the magnetic field. These investigations were performed on two-dimensional horizontal particle systems. Vertically aligned dust particles due to the ion focus interaction have also been studied to determine the influence of horizontal magnetic fields on the stability of such dust pairs. Under certain conditions the vertical alignment can be broken up by the magnetic field. Some additional experiments on the interaction of non-magnetic dust particles in a plasma with UV irradiation were performed, but a significant decrease of dust charge due to a photoelectric effect was not detected. In summary, even relatively weak horizontal magnetic fields have a strong influence on dust particle systems.
  • Das Hauptanliegen dieser Arbeit war die Untersuchung von Staubigen Plasmen in Magnetfeldern. Wir benutzten sowohl sphärische paramagnetische als auch nichtmagnetische Plastikteilchen von einigen Mikrometern Größe, sogenannte Staubteilchen. Die Teilchen wurden dann in der Randschicht der getriebenen unteren Elektrode einer RF-Entladung eingefangen. Die Plasmakammer war von Spulen umgeben um ein horizontales Magnetfeld mit Feldstärken bis zu B=50mT am Teilchenort zu erzeugen. In dieser Anordnung stehen das elektrische Feld der Randschicht und das Magnetfeld senkrecht zueinander. Nur die Elektronen konnten magnetisiert werden, was aber zu einer Reihe von Kräften führt, die auf die Staubteilchen wirken. In einigen Aspekten verhalten sich die Staubcluster bestehend aus den magnetischen Teilchen deutlich anders als die nicht-magnetischen Plastikteilchen. Beide Teilchensorten haben gemein, dass sich die Staubcluster als Reaktion auf das Magnetfeld in die positive oder negative ExB-Richtung verschieben. Ob die positive oder negative Richtung bevorzugt wurde, hing von den experimentellen Parametern ab. Die Kräfte, die zu dieser Verschiebung führen, sind Plasma-basierte Kräfte und werden durch das Magnetfeld angeregt. Diese Untersuchungen bezogen sich auf zweidimensionale horizontale Teilchensysteme. Vertikal angeordnete Staubteilchen aufgrund des Ionenfokuseffektes wurden auch untersucht um den Einfluss des horizontalen Magnetfeldes auf die Stabilität solcher Staubpaare zu bestimmen. Unter bestimmten Bedingungen kann die vertikale Anordnung durch das Magnetfeld aufgebrochen werden. Weiterhin wurden einige zusätzliche Experimente zur Wechselwirkung nicht-magnetischer Staubteilchen mit UV-Strahlung durchgeführt. Eine signifikante Verminderung der Staubladungszahl durch den Fotoeffekt konnte allerdings nicht festgestellt werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Staubteilchensysteme schon von relativ schwachen horizontalen Magnetfeldern stark beeinflusst werden können.

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Metadaten
Author: Marian Puttscher
URN:urn:nbn:de:gbv:9-002419-3
Title Additional (German):Staubige Plasmen in moderaten Magnetfeldern
Advisor:Prof. Dr. André Melzer
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2016/01/28
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2016/01/11
Release Date:2016/01/28
Tag:ExB-Drift
ExB-drift, dust, magnetic field, plasma
GND Keyword:Komplexes Plasma, Magnetfeld, Staub
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Physik
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 530 Physik
PACS-Classification:50.00.00 PHYSICS OF GASES, PLASMAS, AND ELECTRIC DISCHARGES / 52.00.00 Physics of plasmas and electric discharges (for space plasma physics, see 94.05.-a; for astrophysical plasmas, see 95.30.Qd; for physics of the ionosphere and magnetosphere, see 94.20.-y and 94.30.-d respectively) / 52.25.-b Plasma properties (for chemical reactions in plasma, see 82.33.Xj) / 52.25.Xz Magnetized plasmas
50.00.00 PHYSICS OF GASES, PLASMAS, AND ELECTRIC DISCHARGES / 52.00.00 Physics of plasmas and electric discharges (for space plasma physics, see 94.05.-a; for astrophysical plasmas, see 95.30.Qd; for physics of the ionosphere and magnetosphere, see 94.20.-y and 94.30.-d respectively) / 52.27.-h Basic studies of specific kinds of plasmas / 52.27.Lw Dusty or complex plasmas; plasma crystals