Gázkisülés- és plazmafizikai kutatások az SZFKI-ban Donkó Zoltán, Kutasi Kinga, Derzsi Aranka, Hartmann Péter, Ihor Korolov, Mezei Pál, Bánó Gergely
Történelem KFKI... Optikai és spektroszkópiai kutatások (molekulaspektroszkópia) Gázlézer kutatás első magyarországi He-Ne lézer 1963 Üreges katódú lézerek ~ 1970-től (He-Kr, He-Ar ) Fűtött fémion lézerek (e.g. He-Cd ) Katódporlasztásos fémion lézerek: 1974 (He-Cu lézer) töltéskicserélő ütközéses gerjesztés UV lézerek: Cu 249 nm, 273 nm, Au 282 nm, Ag 224 nm Gázkisülések (alacsonyhőmérsékletű plazmák kísérleti vizsgálata és modellezése: 1990 - Erősen csatolt (komplex) plazmák kutatása: 1998 -
Kutatási témák Elektrolitkatódos atmoszférikus gázkisülés kémiai analitikai célokra (Mezei P.) OTKA Komplex (poros) plazmák vizsgálata (Hartmann P., Donkó Z.) OTKA, MTA-NSF Mikrohullámú gázkisülések biomedikai és nanotechnológia célokra (Kutasi K.) OTKA Analitikai célú gázkisülések szimulációja (Derzsi A, Donkó Z) - EU FP6 - MRTN CT - GLADNET Plazmákban lejátszódó elemi folyamatok sebességének mérése (Korolov I., Bánó G., Donkó Z.) - EU FP6 - MRTN CT - GLADNET Alacsonyhőmérsékletű plazmák szimulációja és kísérleti vizsgálata (Donkó Z, Hartmann P, Kutasi K, Derzsi A.) - OTKA
Infrastruktúra Labor Számítástechnika
intensity [a.u.] Elektrolitkatódos atmoszférikus gázkisülés analitikai célokra Környezetvédelem; nehéz fémek azonosítása és mennyiségi meghatározása vízben atmoszférikus nyomású ködfénykisülés katódporlasztás telített vízgőzben működik 24 20 16 12 Zn-I 213.8 nm Cd-I 228.8 nm Ni-I 341.5 nm Pb-I 405.6 nm cathode 8 4 0 Mezei Pál, Cserfalvi Tamás (Aqua Concorde R&D Lab.) -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 distance from the anode [mm]
Elektrolitkatódos atmoszférikus gázkisülés analitikai célokra Fővárosi Csatornázási Műveknél (Észak-Pesti telep) működő monitorrendszer Jelenlegi kutatási irányok: intenzitásnövelés, porlasztási folyamatok vizsgálata a katód közeli térben, átmeneti fémek kimutatása,...
Poros plazmák elektronok ionok porszemcsék 1980s: Voyager2 Szaturnusz NASA Lagoon Nebula (Hubble) particle - - - I e h - Plasma I i r d u st - - - - -
Poros plazma kísérletek transzport termodinamika kollektív gerjesztések molekuladinamikai szimulációk
Poros plazma kollektív gerjesztései Kompressziós (longitudinális) módus Nyírási (transzverzális) módus Kvázi-2-dimenziós Yukawa folyadék k z Síkra merőleges transzverzális módus k φ Y (r) = Q e r/λd 4πε 0 r y x k m r i = i j F i,j (t) F ext (t) mηv i (t) R Longitudinális módus Síkbeli transzverzális Síkra merőleges transzverzális
Mikrohullámú gázkisülések biomedikai és nanotechnológiai célokra 2.45 GHz Groupe de Physique des Plasmas, Université de Montréal, Québec Polimer kezelés Felület kezelés Vékonyréteg leválasztás Nanoszerkezetek leválasztása Orvosi sterilizálás... VUV/UV A, A, M, M Aktív atomok (N, O), metastabil atomok és molekulák, UV fotonok
Mikrohullámú gázkisülések biomedikai és nanotechnológiai célokra Kisülés kinetikus modellje Homogén Boltzmann egyenlet Részecskék mérleg-egyenlete A közeli utókisülés kinetikus modellje Id"függ" kinetikus egyenletek Részecskék relatív s!r!sége Hidrodinamikai modell PLazmakémiai folyamatok: gázfázisú és felületi folyamatok
Sűrűségeloszlások a reaktor szimmetriasíkjában N 2 -O 2 kisülésben
Analitikai célú gázkisülések szimulációja Grimm GDS ( Glow Discharge Spectroscopy ) cella Katódporlasztásra alapuló analitika Optikai emissziós spektroszkópia / Tömegspektroszkópia Mélységi analízis - kráterprofil modeled region p = 0.01-10 Torr V = 100-2000 V I = 0.1-100 ma T = 300 1000 K n = 10 6 10 13 cm -3
Analitikai célú gázkisülések szimulációja 2D folyadék kinetikus modell r Anód Katód x 7 ma, 15 perc KRÁTERPROFILOK: 1200 V 700 V 500 V
Plazmákban lejátszódó elemi folyamatok sebességének mérése Gerjesztési (emisszióhoz vezető) mechanizmusok: elektronütközés Penning ionizáció töltéskicserélő üktözés Mérés: Ar Zn Zn Ar E d[ar ] D = k[ar ][Zn] 2 [Ar ] dt Λ Abszorpciós spektroszkópia (Zn) Emissziós spektroszkópia Langmuir szonda (elektronsűrűség)
Plazmákban lejátszódó elemi folyamatok sebességének mérése Ar Cu Cu Ar Ne Cu Cu Ne Ar Zn Zn Ar Cu* DE ~ 0.18 ev Ar(1/2) Cu* 270.3 nm 224.7 nm Ne
Alacsonyhőmérsékletű plazmák szimulációja és kísérleti vizsgálata: rádiófrekvenciás kisülések Cél: ionenergia befolyásolása rádiófrekvenciás gázkisülésekben Motiváció: plazma alapú megmunkálás (pl. chipgyártás!!!) Hagyományos RF gerjesztés: 1 frekvencia Ionfluxust és ionenergia (közel) független változtatása: 2 frekvenciával történő gerjesztés φ = V 0 [cos(ωt θ) cos(2ωt)] φ Ar @ p = 5 Pa L = 2.5 cm f = 13.56 MHz V 0 = 200 V
mulation [29] a field reversal at the electrode surface occurs, if the wall potential ses and the plasma Alacsonyhőmérsékletű potential lags behind. plazmák They also szimulációja mention a second és mechanism ading to a field reversal kísérleti close vizsgálata: to the sheath rádiófrekvenciás edge during sheathkisülések collapse: If the sheath llapses so fast that electrons cannot follow and neutralize the ions, the changing wall otential drives a field reversal within the ion sheath. Obviously, both mechanisms are served experimentally here A kisülés (figure fénykibocsátásának 7). tér- és időbeli eloszlása Kísérlet (Bochum) Szimuláció (Budapest) φ fhf = 27.118 MHz flf = 27.118 / 14 MHz Figure 8. Left: Experimentally determined phase and space resolved electron impact excitation function into Ne 2p 1 in the Exelan at 65 Pa and sketch of the RF potential at the powered bottom electrode. Right: Phase and space He 65 Pa
Mindezekről többet a laborokban...