Plasmaphysik
Experimentelle Physik der reaktiven Plasmen
Schwerpunkt der Forschungstätigkeit ist das grundlegende Verständnis der Plasma-Oberflächen-Wechselwirkung. Dazu werden zahlreiche Experimente in reaktiven Plasmen durchgeführt zur Identifizierung der vorherrschenden Reaktivteilchenflüsse sowie der daraus resultierenden Oberflächenprozesse. Als Diagnostiken kommen vielfach optische in-situ Diagnostiken im Sichtbaren und Infraroten sowie die Massenspektroskopie zum Einsatz. Die Analyse wird durch ein weltweit einmaliges Teilchenstrahlexperiment komplettiert, das es erlaubt, heterogene Oberflächenreaktionen direkt zu studieren.
Themen sind das Verständnis von gepulsten magnetisierten Hochleistungsplasmen zur Synthese von Oxiden und Nitriden sowie die plasma gestützte Herstellung von Barrieren und Membranen. Ein großes Feld ist auch die Analyse von Nichtgleichgewichtsprozessen in Atmosphärendruckplasmen wie sie für die Plasma-Katalyse und die plasma gestützte Elektrolyse eingesetzt werden können.
Experimentelle Plasma- und Atomphysik
Im Mittelpunkt des Forschungsinteresses steht die Physik von Plasmen fernab des thermodynamischen Gleichgewichts. Dies umfasst Fragestellungen zur ohmschen und stoßfreien Heizung, zum Transport und zur Verteilung geladener und ungeladener Teilchen oder zur Ausbreitung elektromagnetischer Felder sowie damit in Verbindung stehende Aspekte der Atom- und Molekülphysik.
Der Anwendung und Entwicklung neuer Diagnostikmethoden kommt in diesem Zusammenhang eine besondere Bedeutung zu. Allgemein wird ein sehr breites Spektrum an verschiedenen optischen und elektrischen Techniken eingesetzt, wobei ein Schwerpunkt im Bereich der Laserspektroskopie liegt. Grundsätzlich wird versucht, durch die Kombination von Experiment, Simulation und analytischer Modellbildung zu einem Verständnis der zugrundeliegenden physikalischen Gesetzmäßigkeiten und Prozesse zu gelangen.
Theoretische Plasma-, Laser-, und Atomphysik
Wir beschäftigen uns mit Fragen der Turbulenz und Rekonnexion in plasmaphysikalischen Strömungen. Die Plasmen werden je nach Anwendung durch kinetische oder fluiddynamische Modelle beschrieben und der Zugang zum Verständnis dieser Systeme erfolgt sowohl analytisch als auch numerisch. Hauptwerkzeuge der Untersuchungen MHD-artiger Systeme sind das auf adaptiver Gitterverfeinerung basierende Framework racoon sowie das Framework cudaHYPE für parallele Rechnungen auf einem Cluster von Graphikkarten. Das Experiment FlareLab wird durch Simulationen mit racoon begleitet und Experimente zu magnetischen Dynamos werden mit dem Spektralcode LaTu simuliert. Sowohl racoon als auch LaTu skalieren linear bis zu 262144 cores. Kinetische Simulationen werden mit dem Vlasov-Löser DSDV durchgeführt.
Institut für Energie- und Klimaforschung (Forschungszentrum Jülich)
Unser Schwerpunkt ist die Energieauskopplung aus Brennkammern von Fusionsreaktoren. Hier treten extrem hohe Wärmebelastungen auf, die künftige Kraftwerke im Dauerlastbetrieb aushalten müssen, um wirtschaftlich zu sein. Wir erforschen die dazu geeigneten Materialien und analysieren deren Plasma-Wand-Wechselwirkung. Ein neuer Forschungsschwerpunkt ist die Untersuchung von neutronengeschädigten Fusionsmaterialien.
Dazu nutzen wir auch lineare Plasmaanlagen, mit denen die Wandbelastung in Fusionsreaktoren simuliert wird. Ziel ist es, den Einfluss der Schädigungen auf die Lebensdauer der Wandkomponenten und die Einlagerung der Fusionsbrennstoffe Deuterium und Tritium im Wandmaterial zu verstehen. Wir entwickeln Messmethoden zur Charakterisierung des Plasmas und der Oberflächen und neue Konzepte zur Optimierung der Wandkomponenten.