Flüssigkeiten ohne Stöße: Einführung in die kinetische Plasmaphysik
Fluids without Collisions: Introduction to Kinetic Plasma Physics

Modul PH2038

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Basisdaten

PH2038 ist ein Semestermodul in Englisch oder Deutsch auf Master-Niveau das im Sommersemester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Allgemeiner Spezialfachkatalog Physik
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Applied and Engineering Physics
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Kern-, Teilchen- und Astrophysik

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
150 h 40 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2038 ist Klaus Hallatschek.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

In sehr heißen oder dünnen Plasmen, beispielsweise im Weltraum oder in Fusionsplasmen, stoßen Teilchen so selten aneinander, dass sich keine Boltzmannverteilung einstellt. Die gewöhnlichen Flüssigkeitsgleichungen (Navier-Stokes, MHD) versagen und es wird nötig das Verhalten einzelner Teilchenpopulationen zu verfolgen – sprich eine kinetische Beschreibung zu benutzen. Überraschenderweise führen die Teilchen nicht einfach unabhängige Bewegungen aus. Die freien Ladungsträger in den Plasmen wechselwirken nämlich über kollektive elektrische und magnetische Felder, was zu einer Fülle von für gewöhnliche Flüssigkeiten unbekannten Phänomenen und neuartigen theoretischen Beschreibungsansätzen führt.

Im Detail werden folgende Effekte und grundlegenden Phänomene diskutiert:

  • Plasmaturbulenz
  • Rekonnektion
  • Kinetische Gleichungshierarchie
  • Landaudämpfung und Phasenmischung
  • Kinetische Instabilitäten
  • Driftwellen
  • Plasmawellen
  • Larmorradiuseffekte und Gyrokinetik

Lernergebnisse

Nach erfolgreicher Teilnahme an diesem Modul ist der/die Studierende in der Lage zu verstehen und zu erklären

  1. Die kinetische Gleichungshierarchie sowie die wichtigsten Folgerungen und ihr Gültigkeitsbereich zu verstehen
  2. Landaudämpfung und Phasenmischung
  3. Kinetische Instabilitäten
  4. Larmorradiuseffekte und Gyrokinetik
  5. Driftwellen
  6. Wellen in kalten Plasmen

Voraussetzungen

Keine Vorkenntnisse nötig, die über die Zulassungsvoraussetzungen zum Masterstudium hinausgehen.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

Lern- und Lehrmethoden

Vortrag, Beamerpräsentation, Tafelarbeit, Diskussion, Übungen.

Medienformen

keine Angabe

Literatur

  • F.L. Waelbroeck, R.D. Hazeltine: The Framework of Plasma Physics (Frontiers in Physics)
  • Swanson, D. G.: Plasma Kinetic Theory (Crc Press Inc)
  • R.D. Hazeltine, J.D. Meiss: Plasma Confinement (Dover)
  • Landau, Lifshitz. Vol. 10 L.C. Woods: Physics of Plasmas (Wiley)
  • R. J. Goldston, P.H. Rutherford: Introduction to Plasma Physics (Institute of Physics Publications)
  • D. Biskamp: Nonlinear Magnetohydrodynamics (Cambridge University Press)

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

In einer mündlichen Prüfung wird das Erreichen der Lernergebnisse durch Verständnisfragen und Beispielaufgaben bewertet.

Die Prüfung kann in Übereinstimmung mit §12 (8) APSO auch schriftlich abgehalten werden, in diesem Fall ist der Richtwert für die Prüfungsdauer 60 Minuten.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten. Eine Wiederholungsmöglichkeit wird im Folgesemester angeboten.

Kondensierte Materie

Wenn Atome sich zusammen tun, wird es interessant: Grundlagenforschung an Festkörperelementen, Nanostrukturen und neuen Materialien mit überraschenden Eigenschaften treffen auf innovative Anwendungen.

Kern-, Teilchen-, Astrophysik

Ziel der Forschung ist das Verständnis unserer Welt auf subatomarem Niveau, von den Atomkernen im Zentrum der Atome bis hin zu den elementarsten Bausteinen unserer Welt.

Biophysik

Biologische Systeme, vom Protein bis hin zu lebenden Zellen und deren Verbänden, gehorchen physikalischen Prinzipien. Unser Forschungsbereich Biophysik ist deutschlandweit einer der größten Zusammenschlüsse in diesem Bereich.