Plasmadiagnostik mit echtzeitfähiger Elektronik und Auswertung soll Einblicke in den Plasmaprozess ermöglichen. Zu diesem Zweck wurde an der Ruhr-Universität Bochum die Multipolresonanzsonde (MRP) entwickelt. Sie liefert Messdaten zur
● Elektronendichte
● Stoßfrequenz sowie
● Elektronentemperatur – den wichtigsten Plasmaparametern.
Die Messzeit mit der MRP ist kurz, sodass die Sonde in Echtzeitanwendungen eingesetzt werden kann. Darüber hinaus liefert sie direkte Plasmaparameter in der Auswertung im Gegensatz zu den indirekten, externen Parametern, die häufig aufgenommen werden und daher nur eine indirekte Steuerung von Prozessen erlauben.
Die Sonde ist sowohl in verschiedenen Hardware-Versionen als auch mit Software-Lösungen erhältlich, um allen Anforderungen gerecht zu werden.
Das Messprinzip basiert auf der aktiven Plasmaresonanzspektroskopie (APRS). Mit der Sonde wird ein Hochfrequenzsignal im Megahertz- bis Gigahertz-Bereich über ein Dielektrikum in das Plasma eingekoppelt.
Bei einer Frequenz nahe der Elektronenplasmafrequenz absorbiert das Plasma die Energie des Signals und gerät in Resonanz. Die Antwort des Plasmasondensystems – der Reflexionswert S11 – wird von der Sonde aufgenommen und an eine Auswerteeinheit übertragen.
Die MRP ist eine spezielle Realisierung der APRS, die sich durch eine hohe geometrische und elektrische Symmetrie auszeichnet. Der Sondenkopf besteht aus zwei symmetrisch angeordneten Halbkugeln, die als Elektroden fungieren und die elektrisch symmetrisch angesteuert werden. Aufgrund dieser Symmetrie kann das Verhalten der Sonde mathematisch transparent analysiert und ein formelmäßiger Zusammenhang zwischen der Resonanzfrequenz fres und der Elektronendichte des Plasmas angegeben werden:
fres ~ wpe ~ sqrt(ne)