"Plasmakristall (PK) 4" DC-Plasma für die ISS

Das Projekt PK4 (Plasmakristallexperiment 4) an Bord der internationalen Raumstation ISS soll eine Fortführung des zur Zeit erfolgreich laufenden Experiments PKE-Nefedov und dessen zukünftigen Erweiterung PK3-Plus darstellen. Wie in den Vorläuferexperimenten ist es das Ziel, komplexe Plasmen (mehrkomponentige Plasmen bestehend aus Ionen, Elektronen, Neutralgas und Mikropartikeln) unter Schwerelosigkeit bzw. Mikrogravitationsbedingungen zu untersuchen. Nur unter diesen Bedingungen könnnen stressfreie Systeme realisiert und somit einmalige Erkenntnisse über komplexe Plasmen erreicht werden.

Plasma im PK4-Prototyp: die leuchtende 'positive Säule' einer DC-Glimmentladung.	Dunkelraum im 'Kathodenfall', links davon die beginnende 'positive Säule'.
(Man beachte die völlig anderen geometrischen Verhältnisse im Vergleich zu den bisher verwendeten RF-Plasmakammern!)

Bei PK4 soll dabei zum ersten Mal eine mit Gleichstrom (DC) betriebene Plasmakammer mit einem zylinderförmigen Beobachtungsbereich von etwa 10 cm Länge und 2 cm Durchmesser zum Einsatz kommen. Dies wird neuartige Untersuchungen auf dem Gebiet der komplexen Plasmen ermöglichen, die mit den bisher bei PKE-Nefedov und PK3-Plus verwendeten RF(Radiofrequenz)-Kammern nicht erzielt werden können. Die Hauptvorteile der DC-Kammer gegenüber der RF-Kammer bestehen in der Geometrie der Kammer, die aufgrund ihrer langen Ausdehnung das Studium neuartiger Prozesse, z.B. den übergang von laminarer Strömung zur Turbulenz, emöglicht, und in der Vereinfachung der Kontrolle von Plasmaparametern und der Teilchenmanipulation durch Induktionsspulen und Laser. Dies beruht zum einen auf dem sehr guten Verständnis von DC-Glimmentladungen, wie sie hier benutzt werden, und bei denen die Plasmaparameter nur vom Strom, Druck und der Kammergeometrie abhängen, zum anderen an dem Design der Kammer, die Zugang von allen Seiten und die Anbringung beweglicher RF-Spulen erlaubt. Insbesondere bei Experimenten zur Selbstorganisation und Thermodynamik des Plasmakristalls auf dem kinetischen Niveau, zur Erzeugung von Schocks, Solitonen, laminaren und turbulenten Strömungen, Grenzschichten und Plasmainstabilitäten und zur Agglomeration und Disagglomeration wird die Verwendung einer DC-Kammer von großem Vorteil sein. Dabei soll die Kammer zur Erhöhung der Flexibilität auch induktiv betrieben werden können. Außerdem sollen niederfrequente Anregungen durch modulierbare Induktionsspulen studiert werden.

Plasmainstabilität ("Striations") im PK4-Prototyp.

Blick in die Röhre in das Plasma.

Die zu erwartenden Resultate werden von fundamentalem Interesse für das Verständnis komplexer Plasmen sein, aber auch in der Physik kondensierter Materie, in der komplexe Plasmen z.B. bei der Kristallisation als Modellsysteme dienen. Darüberhinaus sind wertvolle Erkenntnisse für astrophysikalische Fragestellungen, wie z.B. der Staubagglomeration bei der Planetenentstehung, und in der Halbleitertechnologie zu erwarten.

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Letzte Änderung: 2004-10-29
Ansprechpartner: Michael Kretschmer