Forschung

Forschungsbereich Hochtemperatur-Plasmaphysik

Nichtlineare Dynamik in Hochtemperaturplasmen: Physikalisches Verständnis durch Hochleistungscomputer.

Das Forschungsinteresse des Lehrstuhls gilt der nichtlinearen Dynamik in Hochtemperaturplasmen. Dazu gehören sowohl Labor- als auch astro-physikalische Plasmen. Das wichtigste (aber nicht das einzige) Forschungswerkzeug ist das Hochleistungsrechnen (high-performance computing), d.h. numerische Simulationen, die einen massiven parallelen Rechenansatz (> 1000 CPUs) erfordern.

Das Hauptinteresse im Bereich der Laborplasmen gilt der Erforschung der Kernfusion im magnetischem Einschluss, was ein Kandidat für die Lösung des Energieproblems unserer modernen Gesellschaft darstellt. Die Kernfusion ist vielversprechend aufgrund der unbegrenzten Menge an Brennstoff, der Tatsache, dass sie CO2-neutral ist, der begrenzten Menge an langlebigem radioaktivem Abfall und der inhärenten Sicherheit des Ansatzes. Als kleiner Nachteil könnte man erwähnen, dass ein funktionierendes Konzept für diesen Ansatz noch demonstriert werden muss.

Der Bau eines funktionierenden Fusionsreaktors wird durch mehrere, an sich recht interessante, physikalische Phänomene behindert. Eines der Hauptprobleme ist das des Energieeinschlusses. Die großen Temperatur- und Dichtegradienten in einem Fusionsreaktor führen zu Turbulenzen, die den Energiefluss vom Zentrum zu den Wänden stark verstärken und die Aufrechterhaltung der hohen Temperaturen, die für die Fusionsreaktionen notwendig sind, erschweren.
 
Die Turbulenz in Fusionsreaktoren, bei der das Magnetfeld eine wichtige Rolle spielt, wird in der Gruppe eingehend untersucht.

Das Studium astrophysikalischer Plasmen konzentriert sich ebenfalls auf nichtlineare Dynamik und beschäftigt sich darüber hinaus mit grundlegenden Problemen der Plasmaphysik. Das Hauptinteresse gilt den kinetischen Effekten bei der magnetischen Rekonnexion und dem Dynamo. Magnetische Rekonnexion ist ein häufig auftretendes Phänomen in astrophysikalischen Plasmen mit Sonnenerruptionen und dem Schweif der Magnetosphäre als prominente Beispiele. Eines der grundlegenden Probleme ist das Verständnis der Rekonnektionsrate. Die Dynamik auf kleinen Skalen, wo kinetische Effekte von Bedeutung sind, ist entscheidend für die Lösung dieses Problems.

Der Dynamo hingegen beschäftigt sich mit der Erzeugung von Magnetfeldern durch die Bewegung eines leitenden Fluids. Von Hauptinteresse ist hier die nichtlineare Sättigung der magnetischen Feldstärke.