Max-Planck-Princeton-Partnerschaft in der Fusionsforschung bestätigt

Es begann 2012 mit einem Handschlag der Präsidenten – Shirley M. Tilghman, Princeton U., und Peter Gruss, MPG (vorne), sowie James Van Dam, DoE; Stewart Prager, PPPL; James Stone und A. J. Stewart Smith, Princeton U.; Busso von Alvensleben, Generalkonsul der Bundesrepublik in New York; Sibylle Günter, IPP, und Sami Solanki, MPS (hintere Reihe, v. l. n. r.; Bild: E. Starkman, PPPL)

Mit Bestnote hat das „Max-Planck-Princeton Center for Plasma Physics“, das die Max-Planck-Gesellschaft und die US-amerikanischen Princeton-Universität 2012 gegründet hatten, die Evaluierung seiner wissenschaftlichen Arbeit bestanden. Jetzt beschloss die Max-Planck-Gesellschaft die Förderung mit jährlich 250.000 Euro für weitere zwei bis maxi­mal fünf Jahre. Ziel des Zentrums ist es, die bislang wenig koordinierten Forschungen zu Fu­si­ons-, Labor- und Weltraumplasmen zu verbinden und Synergien nutzbar zu machen.

Partner des Zentrums sind auf Seite der Fusions­forschung das Max-­Planck-­Institut für Plasmaphysik in Garching und Greifswald (IPP) sowie das Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) in den USA. Astro­physi­kali­sche Plasmen werden in den Max-­Planck-­Instituten für Sonnen­system­forschung in Göttingen sowie Astro­physik in Garching und in der Fakultät für Astro­physik der Universität Princeton untersucht. Vor allem durch den Austausch von Wissenschaftlern, insbesondere Nachwuchswissenschaftlern, wurden in den vergangenen fünf Jahren gemeinsam Computercodes entwickelt oder an den An­la­gen MRX in Princeton, Vineta in Greifswald und ASDEX Upgrade in Garching ex­pe­ri­men­tiert. „Zur Evaluierung konnte das Zentrum insgesamt 150 Publikationen vor­weisen, die beträchtliche Fortschritte in wesentlichen Feldern der Plasma- und Astro­physik mar­kieren“, sagt Professor Per Helander, Leiter des IPP-Bereichs Stella­rator­theorie und neben Professor Amitava Bhattacharjee vom PPPL seit 2017 Stell­ver­tre­tender Direktor des Max-­Planck-­Princeton Center.

Turbulenz im Sonnenwindplasma. Die Simulation zeigt die von der Turbulenz hervorgerufenen Magnetfeld-Schwankungen. Ihre räumliche und zeitliche Struktur kann man mit Messungen von Raumsonden vergleichen. (Bild: IPP, Daniel Told)

So kann jetzt bei der alten astrophysikalischen Frage, warum der Sonnenwind viel heißer ist als die Sonnenoberfläche, ein Computercode helfen, der zur Beschreibung der Tur­bu­lenz in Fu­si­ons­plasmen entwickelt wurde. Damit konnten Plasma­theoretiker des IPP zusam­men mit amerikanischen Kollegen den Heizmechanismus im Sonnenwind-Plasma detailliert untersuchen – mit bislang unerreichter Genauigkeit – und mit Raumsonden-Messungen vergleichen.

Ein weiteres Rätsel, dessen Lösung man im Max-Planck-Princeton Center näher­ge­kommen ist: Warum läuft in Weltraum und Labor die magnetische Rekonnexion, also das Aufbrechen und neue Verbinden magnetischer Feld­linien, viel schneller als die Theorie erwarten lässt? Ob Sonnen­korona oder Fusions­plasma – mit der Umordnung der Feld­linien ist stets die rasche Umwandlung von magnetischer Energie in Wärme- und Be­we­gungs­­energie der Plasma­teilchen verbunden. Physiker des Max-­Planck-­Instituts für Sonnen­­system­­forschung und der Universität Princeton haben hierfür einen schnellen Mecha­­nis­mus beschrieben, der die Beob­acht­ungen in der Sonnen­­korona erklären könnte: die Ausbildung instabiler Plasmoide. Auch die sogenannte Sägezahn-Instabilität in Fusi­ons­­plasmen – das wiederholte Ausschleudern von Teilchen aus dem Plasma­zentrum – beruht auf blitzschneller Rekon­nexion der Mag­net­­feld­­linien. Im Rahmen der Max-­Planck-­Princeton-Kooperation ist IPP-Wissen­schaftlern nun erstmals eine realistische Simulation gelungen, die die rasante Geschwindigkeit erklären kann.

Vineta-II, eine der Forschungs­anla­gen, die dem Max-­Planck-­Princeton Center zur Verfügung stehen. Das Plasma­­ex­peri­ment im Max-­Planck-­Institut für Plasma­physik in Greifs­wald untersucht die Vorgänge bei magnetischer Rekonnexion. (Bild: IPP)

Nicht zuletzt hat ein neuer Theorie-Ansatz zur Berech­nung mag­neti­scher Gleich­gewichte, der zunächst in Princeton entwickelt wurde, zu einem sehr schnellen Computercode geführt. In der Max-­Planck-­Princeton-Kooperation wurde er zusammen mit dem IPP in Greifs­wald weiter­­entwickelt. Mit dem neuen Algorithmus dauern Gleich­­gewichts­­rech­nungen für die komplexen Magnet­­felder künftiger Stellarator-Fusi­ons­­an­lag­en nun nicht mehr Monate, sondern nur noch wenige Minuten.

„Wie erhofft, hat das Center neue Kooperationen geschaffen und tragfähige Brücken geschlagen, einerseits zwischen der Erforschung von Plasmen in Fu­si­ons­­an­la­gen, im Labor und im Welt­raum sowie andererseits zwischen amerika­nischen und deutschen Plasma­physikern“, fasst Professor Sibylle Günter, die Wissenschaftliche Direktorin des IPP, die vergangenen fünf Jahre Max-Planck-Princeton Center zusammen. Gemeinsam mit Professor Stewart Prager vom PPPL ist sie eine der beiden Co-Direktoren des Zentrums. Die erfolgreiche Zusammenarbeit hat inzwischen weitere Partner angezogen: Im Juli 2017 wurde ein Memorandum of Understanding zum Beitritt der japanischen National Institutes of Natural Sciences unterzeichnet: „Wir freuen uns sehr auf die nächsten Jahre gemein­samer Forschung“, so Sibylle Günter, „die mit der jetzigen Bestätigung durch die Max­-Planck-­Gesellschaft möglich werden“. (Quelle: IPP / vip-journal.de)

Links: Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Garching und Greifswald (IPP) • Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL)

Speak Your Mind

*