"Zentrum für interdisziplinäre Plasmaforschung" gegründet

Zusammenarbeit der Max-Planck-Institute für extraterrestrische Physik und Plasmaphysik

10. Mai 2000

Ein gemeinsam betriebenes "Centre for Interdisciplinary Plasma Science" (CIPS) haben die Garchinger Max-Planck-Institute für extraterrestrische Physik (MPE) und für Plasmaphysik (IPP) gegründet.

Die unterschiedlichen Forschungsthemen beider Institute - im MPE erforscht man den Weltraum, das IPP untersucht die physikalischen Grundlagen für ein Fusionskraftwerk - treffen sich in einer Gemeinsamkeit: Die Plasmaphysik, die das Verhalten heißer ionisierter Gase beschreibt, spielt sowohl in der Astrophysik als auch in der Fusionsforschung eine wesentliche Rolle. Die in verschiedenen Arbeitsgruppen vorhandenen Kenntnisse, Techniken und Laborausrüstungen zu bündeln und sich in komplementären Forschungsgebieten gegenseitig zu ergänzen, ist das Ziel des zunächst auf fünf Jahre befristeten Zusammenschlusses. Für diese "institutsübergreifende Forschungsinitiative" hat die Max-Planck-Gesellschaft zusätzliche Mittel in Höhe von 7,8 Mio Mark zur Verfügung gestellt.

Zur Simulation ähnlicher Vorgänge in Fusionsexperimenten werden in dieser IPP-Anlage amorphe Kohlenwasserstoff-Schichten hergestellt und während des Wachstums durch ausgefeilte Meßverfahren beobachtet. Das Projekt und seine Betreuer gehören zu dem neu gegründeten "Centre for Interdisciplinary Plasma Science".

Rund 40 Mitarbeiter aus den beiden benachbarten Instituten - Wissenschaftler, Techniker, Doktoranden und wissenschaftliche Gäste - stimmen ihre Arbeit speziell auf den Gebieten "Komplexe Plasmen", "Theoretische Plasmaphysik" und "Komplexe Systeme" miteinander ab und arbeiten - koordiniert durch ein jährlich aufzustellendes Programm - eng zusammen. Prof. Dr. Gregor Morfill (MPE) und Prof. Dr. Dr. h.c. Volker Dose (IPP) leiten das Zentrum gleichberechtigt. Das Rahmenthema "Komplexe Plasmen" fasst Studien an Niedertemperatur-Plasmen zusammen: Im IPP untersucht man mit ihrer Hilfe unter anderem die Erosion und Ablagerung von kohlenstoff-haltigem Material in Fusionsanlagen. Angereichert durch kleine Kunststoff-Partikel werden ganz ähnliche Plasmen im MPE als makroskopisches Modellsystem für Festkörper und Kristalle benutzt - demnächst sogar in einem Experiment unter Schwerelosigkeit auf der internationalen Raumstation. Dabei wird ausgenutzt, dass sich die in das Plasma eingebrachten Kunststoff-Teilchen elektrisch aufladen. Sie verhalten sich daher wie geladene Atome, sind jedoch ungleich größer und daher sichtbar. Mit ihrer Hilfe lassen sich Vorgänge in Flüssigkeiten und Festkörpern gleichsam auf atomarer Ebene "beobachten". Das IPP steuert hierzu seine Erfahrung in der Plasmadiagnostik bei.

"Plasmakristalle" - 1994 am MPE entdeckt - können durch spontane Selbstorganisation in Plasmen entstehen. Die Abbildung zeigt die regelmäßige Anordnung der mikroskopisch kleinen Polymerkügelchen in einer kristallinen Struktur. Bei ihrem "Aufschmelzen" kann der Schmelzprozess erstmals auf elementarstem (sog. kinetischen) Niveau untersucht werden.

Das Plasmaverhalten numerisch zu erfassen, ist das Ziel der "Theoretischen Plasmaphysik". Im IPP sind dies insbesondere Turbulenzrechnungen, die hier für Fusionsplasmen weit fortgeschritten sind. Verwandte Phänomene werden im MPE an astrophysikalischen Plasmen, zum Beispiel im turbulenten Plasma von Sternenhüllen oder dem interstellaren Medium untersucht.

Zur "Analyse komplexer Systeme" haben beide Institute unterschiedliche Methoden entwickelt, um die Meßdaten eines Experimentes auszuwerten und möglichst umfangreiche und zuverlässige Informationen über die zugrundeliegende Physik zu gewinnen.

Um Kommunikation und Erfahrungsaustausch zu erleichtern, werden in der nächsten Zeit die meisten der 40 Mitarbeiter in benachbarte Labor- und Büroräume - hauptsächlich im IPP - zusammenziehen. Nach Ablauf von drei Jahren sollen die Arbeiten durch eine internationale Kommission begutachtet werden.

Isabella Milch

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