Prof. Dr. Klaus Elsässer

Theoretische Plasmaphysik

Forschung

1974-2002 Professor für theoretische Physik, insbesondere nichtlineare Plasmadynamik, an der Fakultät für Physik und Astronomie.

Arbeitsgebiet

Im Mittelpunkt der Forschungsarbeiten zur fusionsorientierten Plasmaphysik standen hier drei Themengruppen, nämlich die Berechnung von Plasmagleichgewichten in verschiedenen Geometrien, die Stabilität von elektromagnetischen Wellen und von Teilchenstrahlen in solchen Plasmen, und nicht zuletzt die Beziehung dieser Arbeiten zu den theoretischen Grundlagen der klassischen Mechanik (nach Lagrange, Hamilton). In einem Fusionsplasma großen Volumens (meistens torusförmig) möchte man die elektrisch geladenen Teilchen mit Hilfe eines Magnetfeldes von der Wand fernhalten, andererseits muß das Plasma auf hohe Temperaturen aufgeheizt werden, damit es fusioniert. Man benötigt also geordnete Magnetfeldlinien, die nicht erratisch bis zur Wand verlaufen (also stochastisch stabil sind), jedoch soll die zugeführte geordnete Energie von Wellen oder Teilchen das Plasma aufheizen, also die ungeordnete Energie der Plasmateilchen verstärken. Beide Problemstellungen sind nur modellmäßig mit Computern zu behandeln, jedoch kann man analog zur klassischen Mechanik kritische Störungen als Grenze zu chaotischem Verhalten berechnen.

Forschungserfolge

Magnetischer Feldlinienfluß als Hamiltonsches Problem
Die kritischen Magnetfeldschwankungen eines Plasmatorus wurden berechnet und mit Messungen am JET (Joint European Torus) in England verglichen (Plasma Physics and Controlled Fusion 28, 1743(1986) und Physics Letters A 120, 57 (1987)).

Lagrangesche Stabilität von Flüssigkeiten und Plasmen
Die mechanische Form der idealen Grundgleichungen wurde abgeleitet, mit einigen Theoremen (z. B. Verallgemeinerung des Kelvin-Helmholtz-Theorems) und Aussagen zur Stabilität (Physics of Plasmas 1, 3161 (1994)).

Plasmen in starken Gravitationsfeldern
Durch „Schwarze Löcher“ in der Astronomie wurden Plasmagleichungen im Rahmen von Einsteins Gravitationstheorie interessant (Physics of Plasmas 4, 2348 (1997)), insbesondere Gleichgewichte in Kerr-Geometrie (Physics of Plasmas 11, 278 (2004)).

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