Charakterisierung der Teilchenausbreitung in einem Molekularstrahl eines MBMS-Systems

Die Einleitung der Dissertation behandelt die grundlegenden Herausforderungen und die Notwendigkeit der Optimierung von Verbrennungsprozessen. Molekularstrahl-Massenspektrometrie (MBMS) wird als eine der bedeutendsten Methoden zur Untersuchung dieser Prozesse hervorgehoben. Die Autorin, Emma Davies, stellt fest, dass die Emissionen von Flammen sowohl das Klima als auch die menschliche Gesundheit schädigen können. Daher ist ein tiefes Verständnis der Verbrennungsmechanismen unerlässlich. Die Einleitung thematisiert auch die Probleme, die bei der Bildung von Molekularstrahlen auftreten können, und die Notwendigkeit einer schnellen Validierung dieser Strahlen. Diese Aspekte sind entscheidend für die korrekte Interpretation der experimentellen Ergebnisse und die Weiterentwicklung der MBMS-Technologie.

In diesem Abschnitt werden die theoretischen Grundlagen der Verbrennungsprozesse und der Molekularstrahltechnik erläutert. Die Autorin beschreibt verschiedene Arten von Flammen, insbesondere die laminare vorgemischte Niederdruckflamme und den Verbrennungsmechanismus einer Methan-Sauerstoff-Flamme. Die Flammendiagnostik mittels MBMS wird als Schlüsseltechnologie zur Analyse von Verbrennungsprozessen vorgestellt. Die Herausforderungen bei der Erzeugung von Molekularstrahlen und die verschiedenen Methoden zur Messung der Temperatur und Dichte in diesen Strahlen werden ebenfalls behandelt. Die Autorin hebt hervor, dass die Laser-Induzierte Fluoreszenz (LIF) und die Resonanz-Verbesserte Multi-Photonen-Ionisation (REMPI) geeignete Methoden sind, jedoch mit komplexen experimentellen Setups verbunden sind. Diese theoretischen Grundlagen sind entscheidend für das Verständnis der nachfolgenden experimentellen Arbeiten.

Der dritte Abschnitt beschreibt die entwickelten Verfahren zur Charakterisierung von Molekularstrahlen mit geringer Teilchendichte. Die Autorin erläutert die Konstruktion und den Einsatz eines Heißkathoden-Ionisations-Vakuummeters sowie einer Staudrucksonde. Diese Sensoren wurden entwickelt, um die Eigenschaften des Molekularstrahls präzise zu messen. Die Autorin betont die Bedeutung der Kalibrierung und der Datenauswertung, um zuverlässige Ergebnisse zu erzielen. Die entwickelten Methoden ermöglichen eine kosteneffiziente und effektive Analyse der Molekularstrahlen im MBMS-System. Die Ergebnisse dieser Verfahren sind von großer praktischer Relevanz für die Optimierung von Verbrennungsprozessen und die Verbesserung der Effizienz von Molekularstrahl-Massenspektrometrie.

In diesem Abschnitt werden die Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen des Molekularstrahls präsentiert. Die Autorin analysiert die Charakterisierung des Strahls eines Düse-Skimmer-MB-Systems und untersucht den Einfluss des Vordrucks sowie des Düse-Skimmer-Abstands auf das Strahlprofil. Die gewonnenen Daten zeigen signifikante Variationen in der Teilchendichte und der Strahlform, die für die Optimierung der MBMS-Anlage von Bedeutung sind. Die Autorin diskutiert die praktischen Anwendungen dieser Ergebnisse und deren Einfluss auf die Massenspektren. Diese Erkenntnisse tragen zur Verbesserung der experimentellen Methoden und zur Validierung der Molekularstrahlbildung bei, was für zukünftige Forschungen von großer Bedeutung ist.