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Abstract

The temporal collision dominated relaxation of electrons to new stationary states, starting from initial stationary states and due to jump-like changes of the electric field, was studied in the plasmas of the molecular gases N2 and CO. Numerical solving of the time dependent Boltzmann equation for the electrons yields the temporal evolution of their energy distribution function and of resulting macroscopic quantities. The varying relaxation due to different values of the field strength in the final stationary state has been investigated considering the molecules of the plasma only as vibrationally non-excited and, in another case, including the additional impact of collisions with vibrationally excited molecules. The results obtained are discussed and, in particular, the relaxation times found for the transitions to the new stationary states are analysed on the basis of the energy transfer effectiveness by the collision processes. An approximative microphysical basis for the understanding of the main features of the relaxation in such complex molecular gas plasmas could be obtained.

Die Relaxation der Elektronen zu stationären Zuständen in stoßbestimmten Plasmen in molekularen Gasen

Ausgehend von stationären Anfangszuständen und verursacht durch sprungartige Veränderung des elektrischen Feldes wurde die zeitliche stoßbestimmte Relaxation von Elektronen zu neuen stationären Zuständen in Plasmen der molekularen Gase N2 und CO2 untersucht. Die numerische Lösung der zeitabhängigen Boltzmann-Gleichung für die Elektronen liefert die zeitliche Entwicklung ihrer Energieverteilungsfunktion und hieraus folgender makroskopischer Größen. Das verschiedenartige Relaxationsverhalten infolge unterschiedlicher Werte der Feldstärke im stationären Endzustand wurde untersucht, indem die Moleküle des Plasmas einmal nur als nicht schwingungsangeregt betrachtet werden und zum anderen der zusätzliche Einfluß von Stößen mit schwingungsangeregten Molekülen berücksichtigt wird. Die erhaltenen Resultate werden diskutiert und insbesondere die gefundenen Relaxationszeiten für die Übergänge zu neuen stationären Zuständen unter dem Aspekt der Effektivität der Energieübertragung infolge von Stößen analysiert. Ein genähertes mikrophysikalisches Konzept für das Verständnis der wesentlichen Charakteristika der Relaxation in solchen komplexen molekularen Gas-Plasmen konnte gewonnen werden.