Multipolresonanzsonde

Multipolresonanzsonde zur Messung von Elektronendichte, -stoßfrequenz und -temperatur
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Die Multipolresonanzsonde (Multipole Resonance Probe – MRP) ist eine Plasmadiagnostik, die mit echtzeitfähiger Elektronik live messen und auswerten kann. Sie liefert dabei in Niederdruckplasmen die Elektronendichte, die Elektronenstoßfrequenz sowie die Elektronentemperatur – also die wichtigsten Plasmaparameter.

Das Messprinzip basiert auf der sogenannten aktiven Plasmaresonanzspektroskopie. Die Messelektronik erzeugt ein hochfrequentes Signal, dessen Frequenz bis in den Gigahertz-Bereich verändert wird. Über ein umgebendes Glasrohr wird dieses Signal in das Plasma gekoppelt. Die Sonde funktioniert also wie eine Antenne, die ein Signal abstrahlt und wieder aufnimmt. Bei einer bestimmten Resonanzfrequenz nehmen die Elektronen die Energie des Signals auf und oszillieren. Die Systemantwort des Plasma-Sonden-Systems (der Reflexionswert) wird aufgenommen und von der Auswerteeinheit verarbeitet.

Die MRP ist eine spezielle Form der aktiven Plasmaresonanzspektroskopie. Sie zeichnet sich durch eine geometrische und elektrische Symmetrie aus, wodurch das Verhalten mathematisch transparent analysiert werden kann. Die Symmetrie entsteht durch den Aufbau mit zwei Halbkugeln, die als Elektroden fungieren, sowie einem hochfrequenztechnisch optimierten elektrischen Symmetrierglied. So kann ein formelmäßiger Zusammenhang zwischen der Resonanzfrequenz und der Elektronendichte im Plasma angegeben werden:
fres ~ ωpe ~ sqrt(ne)
Aus der Dämpfung des Signals werden zudem die Stoßfrequenz sowie – sofern vorhanden – die Temperatur der Elektronen errechnet.

Die MRP gibt es in verschiedenen Ausführungen. Sie ist frei positionierbar, aber ortsfest in der Kammer platzierbar, oder das Glasrohr wird durch den Flansch geführt. Mit Hilfe eines Schrittmotors kann sie linear in einer Richtung von einem Flansch aus verfahren werden.

Zuletzt wurde die dreidimensionale Kugelsymmetrie auf eine zweidimensionale Scheibensymmetrie reduziert. Die sogenannte planare MRP (pMRP) kann dadurch in die Kammerwand integriert werden.
Weitere Informationen und aktuelle Entwicklungen finden sich auf https://house-of-plasma.com.

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