Ambipolare Effusion aus der positiven Säule

Abstract

Durch eine ideale Kreislochblende in der nichtleitenden Wand eines Entladungsgefäßes effundieren die Ladungsträger aus der stationären positiven Säule ambipolar zusammen mit dem neutralen Gas in ein anschließendes Hochvakuum. Im Hinblick auf die massenspektrometrische Analyse der Ladungsträger wird versucht, theoretisch die Frage zu klären, inwieweit die Messung der Effusionsströme verschiedener Ionenarten eine Aussage über die relativen Trägerkonzentrationen im Plasma erlaubt. Ausgehend von der ScHOTTKYSchen Theorie der positiven Säule und ihrer Erweiterung von SPENKE um die „quadratische“ Ionisierung werden zunächst Gleichungen für den Betrag des Effusionsstromes abgeleitet, die experimentell geprüft werden können. Sodann wird die Diffusionstheorie erweitert durch Einbezug der quadratischen Volumen-Rekombination und endlicher Trägerdichten vor der Wand. Die theoretisch möglichen Trägerdichteverteilungen ergeben sich aus den Lösungen der Differentialgleichung (13) D[n″(r) +1/r·n′(r)] +η n(r) + (ϰ—a) n2(r) = 0 mit den Anfangsbedingungen n(0) =n0 und n′(0) =0 sowie verschiedenen — als experimentell bestimmbar angesehenen — Randwerten n (R)/n0. Für die Wand (Effusions) -Stromdichten werden, ausgehend von der gewonnenen Dichteverteilungsfunktion, auf zwei Wegen äquivalente Gleichungen [ (27) und (30)] abgeleitet. Zuletzt werden noch einige Effekte an der nichtidealen Lochblende diskutiert, die Abweichungen von der Theorie hervorrufen können.