Plasmadynamik
Der Bereich Plasmadynamik (PD) entwickelt ein Verständnis der kleinskaligen dynamischen Prozesse im Plasma, die oft den großskaligen Parametern, wie etwa Effizienz oder Materialbelastung, zugrunde liegen. Dies ermöglicht Vorhersagen zu Umsetzbarkeit und Wirtschaftlichkeit eines zukünftigen Fusionsreaktors.
In Plasmen werden großskalige Parameter vorwiegend durch die Eigenschaften der zugrunde liegenden dynamischen Prozesse bestimmt. Das Verständnis dieser Prozesse ist daher entscheidend für die Weiterentwicklung der Fusionsforschung. Im Bereich Plasmadynamik werden alle Bereiche des toroidalen Fusionsplasmas untersucht: der zentrale Einschlussbereich, der Plasmarand und die so genannte Abschälschicht, die sich zwischen dem eingeschlossenen Plasma und der ersten Wand des Fusionsreaktors befindet.
Einige zentrale Fragestellungen, an deren Beantwortung der Bereich Plasmadynamik arbeitet:
- Wie lässt sich die Dynamik der Stromverteilung bei hohen Drücken im Plasmazentrum beschreiben?
- Wie kommen die Transporteigenschaften des Plasmarandes in Plasmaregimen mit erhöhter Einschlussgüte zustande?
- Wie funktioniert der Energietransport durch einzelne Filamente (kleinskalige Strukturen am Plasmarand) zur Wand des Plasmagefäßes? Diese Frage ist von großer Bedeutung für künftige Kraftwerke, da deren Wand erheblichen Energie- und Teilchenflüssen standhalten muss.
Für dieses tiefere Verständnis der Plasmadynamik forscht der Bereich intensiv am Tokamak ASDEX Upgrade am Institutsstandort Garching und entwickelt und betreibt auch Diagnostiken dafür. Neue Erkenntnisse verifizieren die Forschenden zudem durch Vergleiche mit numerischen Simulationen der Theorieabteilungen des Instituts
Internationale Kollaborationen sind von zentraler Bedeutung: Einerseits geben Ergebnisse von anderen Experimenten weiterführende Hinweise auf Parameterabhängigkeiten, andererseits werden Erkenntnisse an größeren und kleineren Experimenten kritisch überprüft. In diesem Zusammenhang bestehen Kooperationen zur Auswertung von Messungen, die unter anderem an JET, DIII-D, TCV, MAST-U und Alcator C-Mod durchgeführt wurden. Diese Breite stellt sicher, dass die Vorhersagen auf zukünftige Fusionsreaktoren wie ITER und DEMO anwendbar sind und somit deren Design und Entwicklung unterstützt werden kann.