Abschlussarbeiten

(PhD) Entwicklung einer Helikon-Plasmazelle für teilchengetriebene Wakefield-Beschleuniger

Plasma-Wakefield-Beschleuniger liefern elektrische Feldgradienten, die um mehrere Größenordnungen höher sind als bei konventionellen linearen Teilchenbeschleunigern, wodurch ihre Größe deutlich verringert wird. Dies verspricht erschwingliche und kompakte Beschleuniger für verschiedene Anwendungen. Hohe elektrische Felder erfordern hohe Plasmadichten. Helikon-Entladungen sind dafür bekannt, dass sie die höchsten Dichten in linearer Geometrie liefern. Numerische Untersuchungen der Physik von Helikon-Entladungen zum Verständnis von Wellenausbreitung und Dissipation werden unterstützend zu experimentellen Untersuchungen an der Universität Greifswald und der University of Wisconsin-Madison durchgeführt.
Ein bestehender numerischer Code wird verwendet und, wo nötig, angepasst und mit kommerziellen Code-Paketen verglichen. Die Experimente werden im Rahmen eines anderen Promotionsprojekts durchgeführt. Die beiden Projekte sind eng miteinander verbunden, und es wird erwartet, dass die Kandidaten regelmäßig miteinander interagieren, sowohl online als auch vor Ort.

(PhD) Wechselwirkung von Scherströmungen und turbulentem Transport

Im Rahmen grundlegender Untersuchungen zu Selbstorganisationsprozessen in magnetisierten Plasmen werden verschiedene turbulente Transportprozesse, die einerseits den Teilchentransport quer zum Magnetfeld antreiben und andererseits reduzieren können, miteinander in Beziehung gesetzt. Vermutlich stehen beide Arten von Prozessen in Konkurrenz zueinander. Diese Arbeit beleuchtet die detaillierte Abhängigkeit des turbulenten Teilchentransports von Scherströmungen - entweder selbst angeregt durch Impulstransport oder aufgeprägt durch externe Kontrolle - und liefert die Grundlage für das Verständnis eines verbesserten magnetischen Plasmaeinschlusses, der für heiße Fusionsplasmen von besonderer Bedeutung ist. Zu diesem Zweck betreibt das IGVP an der Universität Stuttgart das eigene Plasmaeinschlussexperiment TJ-K.
Die Arbeit umfasst experimentelle Untersuchungen in Kombination mit der Anwendung anspruchsvoller Methoden zur Datenanalyse in der Plasmaturbulenz.

(BSc oder MSc) Messung der Plasma-Elektronentemperatur-Dynamik in TJ-K

Turbulenter Wärmetransport in magnetisierten Plasmen wird durch Temperaturfluktuationen mitbestimmt. Zur quantitativen Erfassung der Dynamik in der Elektronentemperatur soll eine Tripelsondendiagnostik aufgebaut und getestet werden. Die Auswertung auf Temperatur­fluktuationen erfolgt gemäß Literatur. Die gemessenen Zeitreihen werden auf statistische bzw. turbulente Eigenschaften untersucht. Von besonderem Interesse ist die Korrelation zwischen Fluktuationen in Temperatur und Dichte. Diese wird in Abhängigkeit von der Radialposition analysiert.

(BSc oder MSc) Erweiterung von Sondenkennlinienauswertungen

Bisherige Auswertungen der Sondenkennlinien am TJ-K basieren auf der Theorie idealer Sonden. Eine robuste Abschätzung der Elektronentemperatur ist daraus zwar möglich, Absolutwerte der Plasmadichte hingegen sind infolge der Nichtsättigung der Kennlinien zu vage. Durch Erweiterung um die sogenannte OML Theorie kann eine Verbesserung erzielt werden. Dies gilt es für TJ-K Plasmen zu testen. Dichtemessungen aus der Intereferometrie werden zum Vergleich herangezogen.

(BSc oder MSc) Leistungsverteilung über turbulente Skalen

In turbulenten Strömungen ist die Leistung in den turbulenten Fluktuationen spektral charakteristisch verteilt. Zur Ermittlung eines Wellenzahlspektrums (k-Spektrum) sind aufwendige, zeitgleich multiple Messungen der fluktuierenden Größen nötig.  Das sogennante Pseudo-k Verfahren erlaubt die Abschätzung von Wellenzahlspektren aus einfacheren Zweipunktmessungen. Anhand von Plasmafluktuationsmessungen mit Multisondenarrays am TJ-K werden Pseudo-k Spektren auf Vergleichbarkeit mit echten Wellenzahlspektren untersucht.

(BSc oder MSc) Räumliche Verteilung/Ursprung von Intermittenz 

Intermittenz in turbulenten Fluktuationen ist charakterisiert durch ausbruchsartige Ereignisse hoher Amplitude. Diese Ereignisse können einen signifikanten Beitrag zum turbulenten Transport  verursachen. Laut Vorarbeiten sind Intermittenzgrade in den Dichtefluktuationen im Querschnitt von TJ-K Plasmen inhomogen verteilt. Ziel ist es mithilfe der Strukturfunktionsanalyse eine genaue 2D Karte des Intermittenzparameters zu erstellen. Theoretisch geben bestimmte Formen des Strömungsfeldes Hinweise auf den Ursprung der Intermittenz. Durch dedizierte Messungen werden Intermittenzgrade mit den lokalen Eigenschaften des Strömungsfeldes verglichen.

(BSc oder MSc) PIC Rechnungen von elektrostatischen Wellen in TJ-K Plasmen

In einem Plasma können sich eine Vielzahl verschiedener Wellentypen ausbreiten. In dieser Arbeit geht es um die Kopplung von elektrostatischen und elektromagnetischen Wellen. Diese soll durch Rechnungen mit dem freien PIC Programm EPOCH Rechnungen untersucht werden. Dazu ist es nötig, Anpassungen der Eingangsparameter des Programms vorzunehmen, damit diese die Plasmen im Stellarator TJ-K wiederspiegeln. Weiterhin soll die Ausbreitung der elektrostatischen Wellen über einen weiten Bereich von Plasmaparametern (Magnetfeld, Heizleistung, Plasmadichte) studiert werden. Die Arbeit kann im Wesentlichen im Homeoffice durchgeführt werden.

(BSc oder MSc) Auswirkung von Plasmadichte-Fluktuationen auf Wellenkopplungen

Plasmadichte-Fluktuationen können einen eingestrahlten Mikrowellenstrahl ablenken, führen im Mittel aber vor allem zu einer Verbreiterung des Strahls. Die Auswirkung auf die Kopplungsprozesse elektromagnetischer mit elektrostatischen Wellen soll mit einem am Institut vorhandenen Code quantifiziert werden. Dabei gilt es die  Fluktuationsamplitude, deren räumliche Lokalisierung sowie die Korrelationslänge (mittlere Strukturgröße) zu variieren. Schließlich sollen die Ergebnisse auf vorhandene Experimente übertragen werden um dort die Beeinträchtigung der Kopplungseffizienz abzuschätzen.