EINFÜHRUNG IN DIE PLASMAPHYSIK UND IHRE TECHNISCHE ANWENDUNG

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1 EINFÜHRUNG IN DIE PLASMAPHYSIK UND IHRE TECHNISCHE ANWENDUNG Herausgegeben von GUSTAV HERTZ und ROBERT ROMPE 2., erweiterte Auflage Mit 145 Abbildungen und 10 Tabellen AKADEMIE-VERLAG BERLIN 1968

2 INHALTSVERZEICHNIS Prof. Dr. GUSTAV HERTZ Physikalische Grundlagen Einleitung ' Einige Begriffe aus der kinetischen Theorie der Gase Die stationären Zustände der Atome Emission und Absorption Anregung und Ionisierung durch Elektronenstoß Der Wirkungsquerschnitt Stöße zweiter Art Das Plasma im thermischen Gleichgewicht Das Plasma im unvollständigen Gleichgewicht Die Wechselwirkung der Elektronen und Ionen im Plasma Die Quasineutralität des Plasmas Die elektrische Leitfähigkeit des Plasmas Die Strahlung des Plasmas Das Plasma im Magnetfeld 34 Dr. ERHARD HANTZSCHB Klassische Gasentladungsphysik 37 Einleitung Ionisationsprozesse Direkte Erzeugung von Ladungsträgern Indirekte Erzeugung von Ladungsträgern Zündung Trägerbilanz Niederdruck-Durchschlag Hochdruck-Durchschlag PASCHEK-Kurve Stationäre Gasentladungen Entstehung stationärer Entladungsformen Elektroden-Randschichten Entladungsplasmen Gasentladungscharakteristik Nichtstationäre Entladungen Innere Ursachen der Nichtstationarität Äußere Ursachen der Nichtstationarität Zusammenfassung 74 -,

3 8 Inhaltsverzeichnis Dr. E. HANTZSCHE, Prof. Dr. R. ROMPE, Dr. H. WOLFF Der elektrische Funken Beschreibung der Funkenentladung Vorkommen und Anwendung des Funkens 81 Dr. JOACHIM JÄGER Plasmadiagnostik Einfache Messungen außerhalb des Entladungsraumes Messungen im Entladungsraum Photographische Methoden Spektroskopische Methoden Mikrowellenmethoden Energiereiche Strahlung aus Plasmen 129 Dr. HANS-GEORG KLOSS Technische Plasmaphysik ] 35 Einleitung Plasma als Lichtquelle Die Gasentladung Das Entladungsgas Die Strahlungseigenschaften der Entladung Das Auge als Lichtempfänger Lampen für Allgemeinbeleuchtung Lampen für Spezialzwecke Zündung von Gasentladungen Der äußere Stromkreis Plasma in elektrischen Schaltstrecken Die Einschaltung von Stromkreisen Hochleistungsschaltbögen Der Gleichstromschalter Der Wechselstromschalter Plasma als Werkzeug Der Plasmastrahl Plasmastrahlerzeuger Anwendungen des Plasmastrahles Sonderformen der Plasmastrahlerzeuger, Elektroschweißen Andere Verfahren zur Ausnutzung der Bogenwärme Materialbearbeitung durch Funken Das Plasma bei der Energieumwandlung Der Wirkungsgrad Grundidee des MHD-Generators Die Leistung des MHD-Generators Werkstofffragen Dimensionierung und Gesamtwirkungsgrad Beispiele für Versuchsgeneratoren 192

4 Inhaltsverzeichnis 9 Dipl.-Phys. SIEGFRIED WOLSCHKE Theorie des Plasmas Einleitung Statistische Grundlagen Thermisches Gleichgewicht Transportvorgänge, irreversible Prozesse Kinetische Theorie Mikroskopisch-statistische Theorie Stöße, kollektive Wechselwirkung Makroskopisch-hydrodynamische Theorie Übergang zur hydrodynamischen Beschreibung Zweiflüssigkeitstheorie Wechselwirkung des Plasmas mit elektrischen und magnetischen Feldern Einteilchentheorie Magnetischer Druck Leitfähigkeit, effektive Stoßfrequenz Magnetohydrodynamik...» Eingefrorene Magnetfelder, Skalentransformation Dichte-Temperatur-Diagramm Wellen und Schwingungen im Plasma Grundlösungen, Pinchkonfiguration Stabilität, Linearisierung, Dispersionsbeziehung ALFVENsche Wellen, magnetoakustische Moden Plasmaschwingungen, longitudinale Moden Elektromagnetische Wellen, transversale Moden Kopplung von longitudinalen und transversalen Moden Dr. LUDWIG ROTHHARDT Erzeugung höchster Temperaturen Wände für Materie bei extremen Temperaturen Sinnvoller Temperaturbegriff Aufheizungsmethoden für ein eingeschlossenes Plasma Kernfusion als Fernziel 248 Dr. CHRISTIAN-ULLRICH WAGNER Plasmen im extraterrestrischen und interplanetaren Raum Einführung in die Nomenklatur ' Einige spezielle Meßmethoden Direkte Meßmethoden Meßinstrumente in Raketen und Satelliten Das schwachionisierte Plasma im ionosphärischen Höhenbereich ( km) Die Entstehung des Ionosphärenplasmas Kurzer Überblick über die einzelnen Parameter des Plasmas im ionosphärischen Höhenbereich ( km) Periodische Variationen im ionosphärischen Höhenbereich.. 270

5 10 Inhaltsverzeichni s 5. Das vollionisierte Plasma in der Magnetosphäre Die Bewegung geladener Teilchen im Magnetfeld der Erde Die VAN AbLENschen Strahlungsgürtel Das Magnetfeld in der Magnetosphäre und im interplanetaren Raum Plasmen in der Magnetosphäre (jenseits der Strahlungsgürtel) und an der Magnetosphärengrenze Störungen des terrestrischen Plasmas durch eindringende solare Plasmawolken 293 Sachverzeichnis 299