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Strukturbildung am Rand heißer Plasmen

IPP-Physiker als Leiter einer Helmholtz-Nachwuchsgruppe ausgewählt

7. November 2017

Der IPP-Wissenschaftler Dr. Gregor Birkenmeier ist einer von 16 Nachwuchsforschern und -forscherinnen, die von der Helmholtz-Gemeinschaft ausgewählt wurden, um eine eigene Forschungsgruppe aufzubauen.


Dr. Gregor Birkenmeier
Dr. Gregor Birkenmeier

Der IPP-Wissenschaftler Dr. Gregor Birkenmeier ist einer von 16 Nachwuchsforschern und -forscherinnen, die jetzt von der Helmholtz-Gemeinschaft unter 360 Bewerbern ausgewählt wurden, um eine eigene Forschungsgruppe aufzubauen. Vorangegangen war ein mehrstufiges Wettbewerbsverfahren mit externer Fachbegutachtung.

Gregor Birkenmeier, 1981 in Freiburg geboren, will mit seiner Nachwuchsgruppe „Non-linear dynamics and structure formation at the edge of high temperature plasmas“ dazu beitragen, die komplexen Vorgänge am Rand eines Fusionsplasmas zu verstehen. In dieser Zone geht der heiße innere Plasmabereich, der komplett magnetisch eingeschlossen ist, in die kältere äußere Abschälschicht über, die mit der Gefäßwand in Kontakt kommt. Von den Eigenschaften des Plasmarandes hängt es daher ab, ob die Gefäßwand durch Überhitzung oder Erosion beschädigt werden kann.

In der Randschicht des Plasmas transportieren kleine Wirbel Wärme und Teilchen nach außen auf die Wand – die Wärmeisolation des Plasmas verschlechtert sich. Nichtlineare Effekte und steile Temperatur- und Dichteabfälle rufen jedoch Strömungen und Ausbrüche am Plasmarand hervor, die auf die Turbulenz zurückwirken. Zum Beispiel kann sich bei starken Scherströmungen spontan eine Barriere am Plasmarand bilden, die die Wärme- und Teilchenbewegung nach außen behindert – die Wärmeisolation verbessert sich, was wichtig ist für die Wirtschaftlichkeit eines späteren Fusionskraftwerks. Die Auslöser für Bildung und Zusammenbruch dieser Barriere sind jedoch noch nicht völlig verstanden.

Die Nachwuchsgruppe will eine neue Messapparatur entwickeln und betreiben, die speziell den Plasmarand beobachten soll: Ein Strahl aus schweren Caesium-Atomen wird ins Plasma gelenkt. Auf ihrem Weg durch das heiße Plasma werden die Caesium-Atome ionisiert. Die entstandenen Caesium-Ionen führt das Magnetfeld der Fusionsanlage dann auf gebogenen Bahnen aus dem Plasma heraus auf einen Szintillator. Aus den dort hinterlassenen Leuchtspuren lassen sich Plasma- und Stromdichte sowie elektrisches Potential am Ort der Ionisation im Plasma bestimmen. Bild vergrößern
Die Nachwuchsgruppe will eine neue Messapparatur entwickeln und betreiben, die speziell den Plasmarand beobachten soll: Ein Strahl aus schweren Caesium-Atomen wird ins Plasma gelenkt. Auf ihrem Weg durch das heiße Plasma werden die Caesium-Atome ionisiert. Die entstandenen Caesium-Ionen führt das Magnetfeld der Fusionsanlage dann auf gebogenen Bahnen aus dem Plasma heraus auf einen Szintillator. Aus den dort hinterlassenen Leuchtspuren lassen sich Plasma- und Stromdichte sowie elektrisches Potential am Ort der Ionisation im Plasma bestimmen. [weniger]

Um theoretische Modelle testen zu können, sind genaue Messdaten nötig, unter anderem des elektrostatischen Potentials und der Randstromdichte. Hier soll eine neuartige Schwerionensonde weiterhelfen. Die Nachwuchsgruppe will – in Zusammenarbeit mit der Universität Sevilla – die Machbarkeit der neuen Diagnostik zeigen und Messungen mit möglichst hoher Zeitauflösung erreichen. Sechs Jahre lang wird Gregor Birkenmeier für diese Arbeit mit jährlich 150.000 Euro von der Helmholtz-Gemeinschaft unterstützt.

Einschließlich der diesjährigen – vierzehnten – Auswahlrunde hat die Helmholtz-Gemeinschaft bislang 225 Nachwuchsgruppen ermöglicht. Die Kosten teilen sich Sitzinstitut und Helmholtz-Gemeinschaft, der das IPP als assoziiertes Institut angeschlossen ist.

 
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