IEPPG Hot Topics: Feuerbälle ("Fire balls")


Ein so genannter Feuerball: eine lokalisierte Plasmaformation vor einer positiv vorgespannten kreisförmigen Elektrode von 10 mm Durchmesser (hier wegen des gezogenen Elektronenstromes glühend) in einem dünnen Argongasentladungsplasma in der Innsbrucker DP-Maschine.
Ein mehrfacher Feuerball vor einer positiv vorgespannten Elektrode in der Innsbrucker DP-Maschine


IEPPG Hot Topics: Plasma - the fourth state of matter


Plasma (in seiner physikalischen Bedeutung) ...

  • ist Materie, deren Eigenschaften wesentlich von freien elektrischen Ladungsträgern - meistens Elektronen und positive Ionen - bestimmt werden, und hat daher nichts mit Blut - oder Zellplasma zu tun;
  • ist der sogenannte vierte Aggregatzustand der Materie, in den jedes Gas übergeht, das über eine Temperatur von einigen 1000 K erhitzt wird;
  • ist jener Zustand, in dem sich mehr als 99,99 % der sichtbaren Materie des Universums befinden;
  • lässt sich auf Grund der Anwesenheit freier Ladungstrüger mit Hilfe elektrischer und magnetischer Felder manipulieren und auf verschiedene Weise nutzbar machen.

Plasma finden wir ...

  • in der Ionosphäre und der Magnetosphäre der Erde, also kaum 60 km über unseren Köpfen;
  • in sämtlichen aktiven Sternen;
  • mehr oder weniger fein verteilt im gesamten interplanetaren, interstellaren und intergalaktischen Raum;
  • in Leuchtstoffröhren, Gasentladungslampen (wie z.B. Flutlichtanlagen oder Xenon-Autoscheinwerfern), Laborplasmaapparaturen und unzähligen plasmatechnischen Anwendungen, besonders in der Beschichtungs-, Ätz- und Veredelungstechnik für Oberflächen verschiedenster Art, insbesondere zur Herstellung von integrierten Schaltkreisen; Plasmatechnologie umfasst heute einen enormen und stark zunehmenden Bereich industrieller Fertigungsverfahren; eine ganz neue Anwendungsform ist die Behandlung von Biomaterialien (z.B. Nahtmaterial für medizinische Operationen oder Prothesen) mit Hilfe von Plasmen zur Erhöhung der Biokompatibilität (z.B. Verringerung der Blutgerinnung an den Biomaterialien);
  • in jenen Apparaturen, in denen versucht wird, die Kernfusion von Deuterium und Tritium zu verwirklichen, die der Menschheit in Zukunft eine praktisch unerschöpfliche Energiequelle zur Verfügung stellen könnte.

Plasmaphänomene ...

  • sind deswegen so vielseitig und faszinierend, weil es sich bei Plasmen - im Gegensatz zu anderen Objekten der Physik - meist um stark nichtlineare komplexe Systeme handelt, die - zusätzlich zu den üblichen Gesetzen der Thermodynamik bzw. Statistik bei Gasen - auch von den Gesetzen der Elektrodynamik bestimmt werden; Plasmassysteme zeigen au�erdem wegen ihres selbstkonsistenten Verhaltens auch die Tendenz zur Selbstorganisation und damit zur Bildung von immer komplexeren Systemen;
  • sind in der Ionosphäre nicht nur für die Polarlichter verantwortlich, sondern haben auch auf die tieferen Schichten der Erdatmosphäre und damit sogar auf das Wettergeschehen einen viel grö�eren Einfluss als üblicherweise angenommen;
  • haben bei der Evolution des Universums, der Galaxien und der Sonnensysteme wahrscheinlich eine wesentlich grö�ere Rolle gespielt, als dies AstrophysikerInnen und KosmologInnen anzunehmen bereit sind;
  • sind sowohl bei technischen Anwendungen als auch in der Fusionsforschung bezüglich wichtiger Aspekte noch unzureichend verstanden, so dass ihre grundlegende Erforschung nach wie vor von enormer praktischer Bedeutung ist.

Plasmaphysik ...

  • wird auch an der Universität Innsbruck seit Jahrzehnten in Forschung und Lehre betrieben, wobei das Experiment durch die Innsbrucker Experimentelle Plasmaphysikgruppe (IEPPG) unter der Leitung von Prof. R. Schrittwieser am Institut für Ionenphysik und die Theorie durch die Arbeitsgruppe Plasma- und Energiephysik unter der Leitung von Prof. S. Kuhn am Institut für Theoretische Physik vertreten werden;
  • bietet in den beiden og. Arbeits-gruppen interessierten DiplomandInnen und DissertantInnen thematisch faszinierende und - je nach den finanziellen Möglichkeiten - auch bezahlte Arbeitsmöglichkeiten, Forschungsaufenthalte an anderen Universitäten und Forschungsinstituten in aller Welt (EU, USA, Japan) und danach günstige Berufsaussichten in der Industrie und an zahlreichen internationalen Forschungsinstituten;
  • gewinnt auch für Österreich im Zusammenhang mit der Kernfusionsforschung wieder neue Bedeutung, denn seit November 1996 besteht eine Assoziation zwischen EURATOM und der �sterreichischen Akademie der Wissenschaften auf dem Gebiete der Fusionsphysik, in welcher u.a. die beiden Innsbrucker Plasmagruppen mit zwei Teilprojekten vertreten sind. Damit ist die Innsbrucker Plasmaphysik auch formell in das europäische - und damit auch weltweite - Fusionsforschungsprogramm eingebunden und erhält somit direkten Zugang zu zahlreichen einschlägigen Institutionen, Aktivitäten und wissenschaftlichen Ergebnissen.

Die beiden Innsbrucker Plasmaphysikgruppen:

  • Die Innsbrucker Experimentelle Plasmaphysikgruppe (Roman Schrittwieser, Codrina Ionita-Schrittwieser, Petru Balan, Patrick Winkler) befasst sich derzeit u.a. mit folgenden Themenkreisen:
    • - radialer Transport und Fluktuationen in den Randgebieten verschiedener magnetisch eingeschlossener Plasmen, besonders von Fusionsplasmen,
    • - nichtlineare Potentialstrukturen,
    • - nichtlineare Wellen und Instabilitäten in begrenzten Plasmasystemen,
    • - Selbstorganisationsvorgänge in verschiedenen Plasmen,
    • - Entwicklung von elektronenemittierenden Plasmassonden für toroidale Fusionsexperimente,
    • - Entwicklung neuer Plasmaquellen;
  • Die Theoriegruppe (Siegbert Kuhn, Manfred Leubner, Klaus Schöpf, R. Khanal, Nikolaus Schupfer, Ulrike Steinacker, Davy Tskhakaya, David Tskhakaya) befasst sich derzeit u.a. mit folgenden Themenkreisen:
    • - Transportphänomene in Fusionsplasmen
    • - realistische kinetische Modellierung und Computersimulation begrenzter Plasmasysteme im Zusammenhang mit Laborplasmen, technischen Plasmen und Fusionsplasmen,
    • - grundlegende nichtlineare Plasmatheorie,
    • - Dynamik gezündeter Fusionsplasmen.