26.06.2026

Auf dem RIAM Forum hat Peter Manz unsere Studie zur Übergang in die Turbulenz vorgestellt.

Turbulenz ist eines der grundlegendsten und anspruchsvollsten Phänomene in der Strömungs- und Plasmaphysik. In magnetisch eingeschlossenen Plasmen ist Turbulenz für den starken Teilchen- und Wärmetransport verantwortlich und spielt daher eine wichtige Rolle für die Fusionsforschung. Während voll entwickelte Turbulenz bereits umfassend untersucht wurde, ist über Übergangsregime zwischen geordneter Wellendynamik und breitbandiger Turbulenz deutlich weniger bekannt. Ähnliche Fragen stellen sich auch bei Strömungen in neutralen Fluiden, wo lokalisierte turbulente Strukturen, sogenannte „Puffs“ und „Slugs“, nahe dem Übergang zur Turbulenz in Rohrströmungen auftreten.

Wir untersuchten die Übergangsturbulenz von Driftwellen im linear magnetisiertem Plasmaexperiment PANTA. Driftwellen gehören zu den grundlegendsten Plasmainstabilitäten und bieten ein vergleichsweise einfaches System zur Untersuchung des Einsetzens turbulenten Verhaltens in magnetisierten Plasmen. Durch Variation der Magnetfeldstärke wandelt sich die Plasmadynamik von einer relativ kohärenten Wellenbewegung hin zu zunehmend unregelmäßigen turbulenten Zuständen.

Die Experimente zeigen das Auftreten langlebiger kohärenter Strukturen, die bemerkenswerte Ähnlichkeiten mit den aus Übergangsströmungen in Rohren bekannten „Puffs“ und „Slugs“ aufweisen. Mithilfe von Techniken der bedingten Mittelwertbildung lässt sich die zeitliche Entwicklung dieser Strukturen über lange Zeitskalen verfolgen. Im Bereich des Übergangsregimes bestehen die Strukturen wesentlich länger fort, als es aufgrund herkömmlicher lokaler Korrelationsmessungen zu erwarten wäre. Geringfügige Änderungen der Magnetfeldstärke führen zu starken Veränderungen der Korrelationszeiten und Korrelationslängen, was auf die Existenz eines kritischen Punktes hindeutet, der mit einem Nichtgleichgewichts-Phasenübergang verbunden ist.

Je nach Magnetfeldstärke lassen sich unterschiedliche dynamische Verhaltensweisen beobachten. Bei niedrigerer Magnetfeldstärke spalten sich kohärente Strukturen gelegentlich in kleinere Tochterstrukturen auf, ähnlich wie bei der Puff-Spaltung in Rohrströmungen. Bei mittlerer Magnetfeldstärke werden sich ausdehnende, schluckartige kohärente Strukturen beobachtet, gefolgt von der Bildung von Lücken, die die Strukturen in mehrere Teile trennen. Bei höherer Magnetfeldstärke existieren mehrere kohärente Strukturen nebeneinander und interagieren stark miteinander, was zu einem Verhalten führt, das mit Puff-Jamming vergleichbar ist. In diesem Bereich verkürzt die Wechselwirkung zwischen den Strukturen deren Lebensdauer und verstärkt den Übergang zu breitbandiger Turbulenz.

Die Ergebnisse zeigen, dass wichtige Konzepte aus der Übergangsturbulenz in neutralen Fluiden trotz der sehr unterschiedlichen physikalischen Umgebungen auch in magnetisierten Plasmen auftreten können. Insbesondere deuten die Experimente darauf hin, dass die Übergangs-Driftwellen-Turbulenz möglicherweise durch universelle Mechanismen bestimmt wird, die mit selbstgetragener Turbulenz und Nichtgleichgewichts-Phasenübergängen zusammenhängen. Diese Erkenntnisse eröffnen neue Perspektiven für das Verständnis der Entstehung und Regulierung von Turbulenz in Plasmen und könnten zu einer tieferen Verbindung zwischen der Plasmaphysik und der modernen Strömungslehre beitragen.

Die Ergebnisse wurden in Physical Review E publiziert. 

Am 19. und 20.5. war unser Auftakttreffen des DYNAFLUC Projekts in Paris. In dem Projekt vereinen sich viele Wissenschaftler mit unterschiedliche Expertise und Sichtweisen. Peter Manz und Sander De Koker haben Ihr gemeinsames Projekt vorgestellt. Es gab viele interessante Diskussionen. Wir danke Laure Vermare für die Organisation. 

12.05.2026

Als Analogie zu einer protoplanetaren Scheibe haben wir eine Wasserwirbelexperiment aufgebaut um eine Dynamik zu studieren, die ansonsten nur im Weltraum in gigantischem Maßstab beobachtet werden kann. Damit können wir eine vollständige Scheibe simulieren und beispielsweise die Entstehung von Planeten untersuchen. Durch die Veränderung der Größe der Kugeln können wir die Stokes-Zahl gezielt anpassen. Dieser Wirbel ahmt sowohl das Feld als auch die Wechselwirkung von Staubpartikeln mit der Hintergrundströmung in protoplanetaren Scheiben nach. Diese Arbeit wurde in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht. In Physik unser Zeit werden brandaktuelle Forschungsthemen der Physik zeitgemäß und verständlich aufbereitet. In der neuesten Ausgabe findet sich unser Wassertornado.  
 

08.04.2026

Bislang wurde der explizite thermografische Inversionscode THEODOR verwendet, um die Wärmeflussverteilung auf plasmaexponierten Komponenten anhand der Entwicklung der Oberflächentemperatur zu berechnen, die aus Infrarotkamera-Messungen abgeleitet wurde. Da THEODOR jedoch keine Möglichkeit bietet, mehrere Materialschichten zu definieren, kann es nicht für die wassergekühlten Divertoren mit hohem Wärmefluss von W7-X verwendet werden, die aus Schichten unterschiedlicher Materialien bestehen. Zu diesem Zweck entwickelte Sebastian Thiede das Programm DELVER (Divertor Energy Load Versatile EstimatoR). DELVER verbessert das explizite THEODOR in weiteren Aspekten, indem es 1D-, 2D- und 3D-Modellierungen mit flexiblen Randbedingungen, einen impliziten Solver, eine beliebige funktionale Temperaturabhängigkeit der orthotropen thermischen Eigenschaften der Materialien sowie ein nicht-äquidistantes orthogonales Berechnungsgitter unterstützt. Die Ergebnisse wurden nun in Rev. Sci. Instrum. veröffentlicht. 

27.04.2026

Peter Manz hält einen Vortrag auf der Sherwood Fusion Theory Konferenz über das Separatrix Operational Space (SepOS) Konzept. 

07.04.2026

Andre Elvers hat in seiner Bachelorarbeit zusammen mit Sebastian Haag das axiale Positionierungssystem von VINETA.75 entwickelt und aufgebaut. Das axiale Positionierungssystem ist für besondere Bedeutung für das HELIKWAKE Projekt. Mit diesem hat er untersucht, wie sich die axialen Profile in Dichte und Temperatur in der VINETA.75 verhalten und ob es zu Plasmadetachment kommt. Wir danken Herrn Elvers für seine tolle Arbeit. 

26.03.2026

Wir freuen uns sehr, dass wir Dr. Horst Holger Boltz so kurzfristig als Nachfolger von Dr. Stefan Knauer für das PlaCOs Projekt gewinnen konnten. Mit seiner Erfahrung im interdiziplären Bereich und mit seinen besonderen Kenntnissen der Nichtgleichgewichtsdynamik ist er eine große Bereicherung für das PlaCOs Projekt. 

09.03.2026

Dr. Stefan Knauer stellt sich neuen beruflichen Herausforderungen und wechselt von der Physik in die Psychologie. Stefan Knauer schloss sich unserer Arbeitsgruppe im Oktober 2021 an. Mit Stefan verlieren wir einen erfahrenen Experimentalphysiker. Er hat maßgeblich zu unserer Entwicklung beigetragen. Er war beim Wiederaufbau der VINETA stark beteiligt. Hier hat er sich inbesondere bei der Steuerung der Heizung und Diagnostik besonders hervorgetan. Stefan hat auch das SEAGULL Experiment weitesgehend alleine aufgebaut. Auch SWADEX-II hätten wir ohne Ihn nicht in Betrieb nehmen können. Insbesondere die unter seiner Führung durchgeführte Studie zur Keplerrotation in SWADEX-II war ein besonderer Erfolg für die Arbeitsgruppe. Er war eine wichtige Stütze bei der Studierendenbetreuung. Wir danken Stefan für die hervorragende Arbeit und das Engagement in den vergangenen Jahren und wünschen Ihm viel Freude und Erfolg in seinem neuen Beruf.  

08.03.2026

In seiner Bachelorarbeit untersuchte Johannes Condoi das elektromagnetische Hochfrequenzfeld in kapazitiv und induktiv gekoppelten Plasmen unter Verwendung von B-Dot-Sonden. Während sich die RF-Welle im kapazitiven Kopplungsmodus durch das Plasma ausbreitet, bildet sich im induktiven Kopplungsmodus ein azimutaler Plasmastrom in der Nähe der Antenne, wodurch das Plasma gehizt wird. 

Die B-Dot Sonden wurden damit erfolgreich getestet und können in der VINETA.75 eingesetzt werden. Diese werden für das HELIWAKE Projekt benötigt. 

Johannes Condoi verlässt unsere Forschungsgruppe, um zu unsererem Kooperationspartner an der Kyushu-Universität in Japan zu wechseln. Wir möchten ihm für seine hervorragende Arbeit danken, wünschen ihm dort viel Erfolg und freuen uns auf eine fruchtbare Zusammenarbeit.  

03.03.2026

Peter Manz war in der Jury der PhD Verteidigung von Kaiyu Zhang. Viele Glückwünsche an Dr. Zhang zur Verteidigung seiner tollen Arbeit. Dr. Zhang hat es geschafft globale elektrodynamische Simulationen für den Randbereich von Tokamaks in realistischer Geometrie zu ermöglichen. Wir werden sicher noch viel von Ihm hören.  

19.02.2026

Ein abrupter Übergang von Driftwellen-Turbulenzen (DW) zu kinetischen Ballooning-Turbulenzen (KBM) kann innerhalb kurzer Zeit zu Ausbildung einer Pedestalbildung führen, wie sie für L-H-Übergänge typisch ist. Dies wurde in einer globalen full-f-Turbulenzsimulation mit dem GRILLIX-Code gezeigt. Die von Wladimir Zholobenko vom Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Garching geleitete Studie wurde kürzlich in Physical Review Letters veröffentlicht. 

siehe Pressemitteilung des IPP

05.02.2026

Peter Manz stellt die Aktivitäten der Arbeitsgruppe im Institutseminar des Instituts für Solar-Terrestrische Physik des DLR in Neustrelitz vor.

02/2026

Auch wir nutzen das Wintertransferfenster um unseren Kader aufzurüsten. Die Arbeitsgruppe kann im Februar drei Neuzugänge begrüßen:

Dr. Gennadii Liziakin kommt vom Technion, Israel Institute of Technology, in Haifa. Er ist ausgewiesener Experte in der Massentrennung in magnetisierten Plasmen, und hat bereits Erfahrung mit Helikonentladungen. Er verstärkt unser experimentelles Team an der VINETA.75.

Dr. Maurice Mauer ist ursprünglich aus der Fusionsforschung und verfügt über umfangreiche Expertise in gyrokinetischer Plasmaphysik, numerischer Simulation magnetisierter Plasmen und High-Performance Computing In den letzten Jahren hatte er Python-Kurse für Wissenschaftler*innen und Ingenieur*innen an Graduiertenschulen der Max-Planck-Institute und Universitäten angeboten. Mit Hilfe von Herrn Maurer können wir unsere Experimente jetzt numerisch begleiten. 

Sander De Koker hat kürzlich seinen Master-Abschluss in Kernfusion und Ingenieurphysik der Universität Aix-Marseille im Rahmen des Programms Fusion-EP abgeschlossen. In seiner Masterarbeit hat Herr De Koker die Empfindlichkeit der poloidalen Korrelation Reflektometerie (PCR) mittels full-wave Simulationen in Stuttgart untersucht. Im Rahmen des DYNAFLUC Projekts wird er Phasengeschwindigkeiten mit PCR an W7-X untersuchen. 

27.-30.01.2026

Stefan Knauer und Stefan Schütt sind diese Woche in Heidelberg,  besprechen zukünftige Zusammenarbeiten mit dem Max-Planck-Institut für Astronomie und stellen dort unser Experiment SWADEX-II vor. 

12.01.2026

Felix Schuchmann hat seine Bachlorarbeit mit dem Thema ‘Decoupling particle and heat transport in drift-wave turbulence by conduction’ eingereicht. Die Arbeit basiert auf der Idee, dass durch Wärmeleitung Fluktuationen in der Elektronentemperatur dissipiert werden können und das dies zu einer Entkopplung von Teilchen und Wärmetransport führen kann. Dies ist insbesondere relevant für die I-mode. In seiner Arbeit hat Herr Schuchmann Simulationen von einem erweiterten Hasegawa-Wakatani System mit Hilfe von BOUT++ druchgeführt. Hierbei wurde er von T. Tork (IPP), T. Gherorghiu und R. Ghian (beide Universität York) unterstützt. Es zeigt sich, dass die Temperturfluktuationen zu einer Anti-korrelation zwischen Potential- und Dichtefluktuationen führen kann, was auch zu einer Anti-Korrelation von Teilchen und Wärmetransport führen kann. Wir bedanken uns bei Herrn Schuchmann für seine tolle Arbeit.