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DD: Fachverband Didaktik der Physik

DD 15: Neue Konzepte 2

DD 15.2: Vortrag

Dienstag, 26. März 2019, 15:10–15:30, S01

Eine 3D-gedruckte Plasmaelektronenquelle für den Physikunterricht — •Fabian Bernstein^1,2, Sascha Schmeling¹ und Thomas Wilhelm² — ¹CERN, S'Cool LAB, Schweiz — ²Institut für Didaktik der Physik, Goethe-Universität Frankfurt a. M.

Die experimentelle Auseinandersetzung mit Elektronenquellen und geladenen Teilchen in elektrischen und magnetischen Feldern erfolgt im Physikunterricht der Oberstufe zumeist durch Beschäftigung mit einfachen Kathodenstrahlröhren. Diese weisen verschiedene Vorzüge auf: Sie sind robust, langlebig, relativ einfach aufgebaut und ermöglichen das qualitative und quantitative Studium der interessierenden Phänomene. Andererseits liegen Kathodenstrahlröhren aus Kostengründen zumeist nur als Demonstrationsexperiment vor. Auch sind ihre Bestandteile konstruktionsbedingt unzugänglich, nicht-alltäglich und nicht modifizierbar - einer explorativen, selbsttätigen Beschäftigung der Schülerinnen und Schüler sind folglich enge Grenzen gesetzt.

Am Schülerlabor S'Cool LAB des CERN wurde daher eine 3D-gedruckte Plasmaelektronenquelle entwickelt, die diese Nachteile überwinden soll: Sie ist kostengünstig, modular und leicht modifizierbar und erlaubt auf einfache Weise, Experimente zur Strahlerzeugung, -fokussierung und -ablenkung durchzuführen. Ermöglicht wird dies durch den Einsatz einer Plasmaelektronenquelle, die, anders als thermische Elektronenquellen, auch bei vergleichsweise hohen Drücken und in reaktiven Gasen betrieben werden kann.

Der Vortrag stellt die Funktionsweise der Plasmaelektronenquelle vor und gibt einen Ausblick auf geplante Weiterentwicklungen.