Nachwuchsgruppen

European Young Investigator Award (EURYI) 2006 Research Group
Zonal Flows
(Dr. Klaus Hallatschek)

Nach alltäglicher Erfahrung scheint Turbulenz immer mit dem Abbau geordneter Bewegung in ungeordnete kleinskalige Wirbel verbunden zu sein. Tatsächlich zeigt sie aber bei genauer Beobachtung in vielen gradientengetriebenen Systemen die Neigung, sich durch einen phasenkohärenten Verstärkungsprozess in relativ wenigen großskaligen Strömungen zu organisieren. Solche Strömungen oder "Zonal Flows" (ZF) sind sehr auffällig auf den großen Gasplaneten (sie verursachen die braun-weißen Streifen auf Jupiter), existieren an der Tachokline der Sonne, tief im Pazifischen Ozean, wie auch in den turbulenten magnetisierten Plasmen von Fusionsreaktoren.

Für letztere ist inzwischen klar, dass die ZFs nicht nur Begleiterscheinung sind, sondern tatsächlich den konvektiven Wärmetransport im Zentrum und damit die Einschlusszeit kontrollieren. Empirisch sind auch seit langem vor allem am Plasmarand technisch sehr wichtige Transportbarrieren bekannt, welche sich unter den passenden Bedingungen spontan aufbauen können ("High Confinement-Mode") und mit starken globalen Plasmaströmungen verbunden sind.

Im Rahmen des EURYI-Awards wird zum einen für verschiedene Turbulenzbedingungen und Geometrien nach dem deterministischen nichtlinearen Wechselwirkungsgesetz zwischen ZFs und Turbulenz gesucht. Seine Kenntnis ergibt systematisch die Langzeitentwicklung des Systems und die möglichen stabilen und metastabilen ZF-Zustände, welche durch gewöhnliche Simulationen nicht sicher gefunden werden können. Zum anderen wird der Effekt der üblicherweise vernachlässigten höheren Nichtlinearitäten (nicht-Boussinesq Effekte) erforscht werden, welche für Strömungen unter den extremen Bedingungen der Transportbarrieren in Fusionsmaschinen wichtig werden.

Vom Verständnis der dynamischen Eigenschaften solcher Zonal Flows, welche überwiegend in Fusionsplasmen aber auch an Gasplaneten mit Höchstleistungsrechnern untersucht werden sollen, werden Prognosemöglichkeiten für ihr langfristiges Verhalten und damit ein Verständnis für die im Plasma beobachteten extremen Strömungen sowie Denkanstöße für die planetare Klimavorhersage erhofft.