IGVP-Doktorand erhält Itoh Project Prize 2019

Til Ullmann, Doktorand in der Arbeitsgruppe "Plasmadynamik und -diagnostik" am IGVP, erhält für seine Arbeit "Shrinking of resonant manifold under flow shear at the stellarator TJ-K" den diesjährigen "Kyushu University Itoh Project Prize".

Der 2005 gegründete, von der Universität Kyushu in Fukuoka, Japan, gesponsorte und vom "Institute of Physics (IOP) Publishing" mitorganisierte Preis wird im Namen von Frau Prof. Sanae-I. Itoh an Jungwissenschaftler verliehen, die sich um eine exzellente Leistung in den Forschungsfeldern Plasmaturbulenz, -transport und -einschluss durch eine herausragende Posterpräsentation ihrer Arbeit auf der "European Physical Society (EPS) Conference on Plasma Physics" verdient gemacht haben. Der Preisträger wird zum wissenschaftlichen Austausch an die Universität Kyushu eingeladen.

Plasmaturbulenz spielt als Transportmechanismus bei der Degradierung des magnetischen Einschlusses heißer Fusionsplasmen eine große Rolle. Zur Optimierung des magnetischen Plasmaeinschlusses gilt es, die Plasmaturbulenz und einhergehende Transportprozesse zu verstehen, um diese gegebenenfalls regulieren zu können. Dabei kommt Scherströmungen eine besondere Bedeutung zu. Sie stehen im Zusammenhang mit dem spontanen Auftreten von Transportbarrieren beim Übergang vom niedrigen zum hohen Einschlussregime (L-H-Übergang). Til Ullmann, der am IGVP in der Arbeitsgruppe "Plasmadynamik und -diagnostik" unter Leitung von Dr. Mirko Ramisch den Einfluss von Scherströmungen auf die Plasmaturbulenz erforscht, konnte nun erstmals experimentell unter Anwendung einer neuartigen Kombination hochentwickelter Methoden den Nachweis erbringen, dass sich das nichtlineare Kopplungsverhalten von Wirbelstrukturen unter dem Einfluss von Scherströmungen zu größeren Skalen verschiebt.

Die Wirbelwechselwirkungen konnten dazu Driftwellen-sensitiv zeitlich aufgelöst und in Relation zum dynamischen Verhalten selbstgenerierter Scherströmungen betrachtet werden. In Übereinstimmung mit theoretischen Vorhersagen sind die effektiv miteinander wechselwirkenden Wellenzahlen unter dem Einfluss der Scherung reduziert (s. Bild). Anders ausgedrückt limitieren Scherströmungen die Ausdehnung der Wirbel, zwischen denen turbulente Energie transferiert wird, mit Bevorzugung großer Strukturen. Was am IGVP-eigenen toroidalen Einschlussexperiment TJ-K demonstriert werden konnte, kann in großen Fusionsexperimenten in eine Art Kondensation der turbulenten Energie in großskalige, langlebige Strukturen münden, die selbst keinen Transport generieren.

Ullmanns Arbeit unterstreicht damit ebenso die Bedeutung stationärer Gleichgewichtsscherströmungen für die Regulierung des turbulenten Transports.

Effektive Wellenzahlen als Maß der Größe wechselwirkender Wirbel (Symbole) unterlegt mit der theoretischen Erwartung (Linie) für den Einfluss der gemessenen Scherströmung (oben). (© IGVP, Universität Stuttgart)