Ziel
In Stoßwellenrohren wird die Geschwindigkeit schnell ablaufender Reaktionen bei hohen Temperaturen untersucht. Eine Stoßwelle, die durch eine Gasexpansion hervorgerufen wird, heizt das reaktive Gasgemisch innerhalb von Mikrosekunden auf Temperaturen von bis zu einigen tausend Kelvin auf und die nachfolgenden Reaktionen werden mit Hilfe optischer Verfahren beobachtet. Mittels hoch sensitiver spektroskopischer Methoden ist es möglich, Konzentrationsprofile der reagierenden bzw. entstehenden atomaren und molekularen Spezies zeitaufgelöst zu messen. Durch die Wahl der Gasmischung können in hochverdünnten homogenen Reaktionssystemen gezielt einzelne Elementarreaktionen untersucht ihre Reaktionsgeschwindigkeitskoeffizienten bestimmt werden. Das Spektrum der untersuchten Systeme reicht von einfachen organischen Verbindungen bis hin zu metallorganischen Molekülen, die in der Nanopartikelsynthese und Gasphasendeposition (CVD) eingesetzt werden. Die gewonnenen Daten bilden die Grundlage für die Entwicklung und Validierung  von Reaktionsmechanismen, die dann zur numerischen Simulation von reaktiven Prozessen in der Gasphase eingesetzt werden.

Verfahren
Das Stoßwellenrohr hat eine Gesamtlänge von 9,2 m und einen Innendurchmesser von 79 mm. Es ist durch eine Aluminiummembran (Dicke bis 0,1 mm) in Hochdruck- (3,5 m) und Untersuchungssektion (5,7 m) unterteilt. Die reaktiven Gase werden in einem Edelstahltank gemischt und in die Untersuchungssektion eingefüllt. Die Hochdrucksektion wird mit H2 bis zum Bersten der Membran befüllt. Drucksensoren messen die Stoßwellengeschwindigkeit anhand derer man die Reaktionsbedingungen (Druck und Temperatur) ermitteln kann. Neben der thermischen Erzeugung reaktiver Spezies ist es möglich, durch Photodissoziation mit Hilfe eines ArF-Excimerlasers definierte reaktive Molekülfragmente zu erzeugen. Zur Messung der Konzentrations-Zeit-Profile kommt die Ringdyelaser-Absorptionsspektroskopie (RDLAS, UV bis VIS) oder die Atomresonanz-Absorptionsspektroskopie (ARAS, VUV bis UV) zum Einsatz. Beide Methoden ermöglichen selektive und sensitive Konzentrationsmessungen (im Bereich einiger ppm).