Ordnung im Chaos der Plasmawirbel

Am Institut für Theoretische Physik der LFU ist ein zweijähriges EU-Projekt zu „Turbulenz und Transport in begrenzten Plasmen“ erfolgreich abgeschlossen worden.
Divertor-Tokamaks
Bild: Divertor-Tokamaks

Der Physiker Dr. Alexander Kendl konnte dabei im Rahmen des von der Europäischen Kommission geförderten Stipendiums nachweisen, wie die Struktur von Magnetfeldern einen wesentlichen Einfluss auf Strömungen von heißen ionisierten Gasen, also Plasmen, ausübt.

 

„Die Physik von turbulentem Chaos und Strukturbildung bestimmt grundlegend die Eigenschaften von magnetisch eingeschlossenen Plasmen, wie sie zur Grundlagenforschung und für technische Anwendungen verwendet werden. Besondere Relevanz hat die Kontrolle der Turbulenz für die Leistungsfähigkeit von Fusionsplasmen und damit für den Erfolg der Erforschung von Fusionsenergie“, erklärt Dr. Kendl. Diese nahezu unerschöpfliche und saubere Energiequelle nach dem Vorbild der Sonne kann nach Ansicht von Physikern noch im 21. Jahrhundert einen wichtigen Beitrag zur Energieversorgung leisten. Die Grundlagen dazu sollen in den nächsten Jahren am internationalen Fusionsexperiment ITER weiter erforscht werden.

 

Das EU-Projekt von Dr. Alexander Kendl am Institut für Theoretische Physik hat sich mit dem Verständnis dieser Turbulenz und Strömungen am Rand von Fusionsplasmen befasst. Durch theoretische Modelle und numerische Simulation konnte Kendl neue Erkenntnisse zu Transport und Strukturbildung in diesen nichtlinearen dynamischen Systemen gewinnen.

 

Divertor-Tokamaks und Regatta

 

Dr. Kendl konnte unter anderem zeigen, warum tropfenförmige Plasmagefäße, die so genannten Divertor-Tokamaks, überraschend günstige Eigenschaften haben, um die nachteiligen turbulenten Wirbel durch Querströmungen im Plasma zu unterdrücken. Eigentlich wurden die tropfenförmigen Fortsätze entwickelt, um die Entsorgung von Verunreinigungen im Plasma zu verbessern. Doch stellte sich in Experimenten bald heraus, dass mit solchen Formen auch die Wärme viel besser gespeichert wird. In Kooperation mit dem Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Garching konnten Dr. Kendl und seine Kollegen nun mit Hilfe von umfangreichen Simulationsrechnungen erklären, welche Mechanismen der komplexen nichtlinearen Dynamik des Plasmas für diesen Effekt mit verantwortlich sein können. Dazu stand ihnen einer der schnellsten Supercomputer Europas, die „Regatta“ im Rechenzentrum von Garching bei München, zur Verfügung. Für die Zukunft hofft der Plasmaphysiker, mit noch ausgefeilteren Simulationen das Phänomen der Turbulenz in heißen Gasen weiter zu enträtseln. Damit sollen präzisere Vorhersagen zur Leistungsfähigkeit zukünftiger Fusionskraftwerke möglich werden.

 

Die Arbeit von Dr. Alexander Kendl wurde am Institut für Theoretische Physik in Zusammenarbeit mit den EU-Initiativen und lokalen Projekten zur „Integrierten Modellierung von Tokamaks“ in der Innsbrucker Arbeitsgruppe des Projektkoordinators Prof. Siegbert Kuhn durchgeführt.