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Plasmarand- und Divertorphysik

Ulrich Stroth

Forschungsgebiet

Wir vertreten das Gebiet der Plasmaphysik an der TUM in Lehre und Forschung. Der
Fokus unserer Arbeiten liegt auf den Gebiet der magnetisierten
Hochtemperaturplasmen, die in Fusionsexperimenten oder auch im Universum zu
beobachten sind. Unser besonderes Interesse gilt Prozessen, die für die
Entwicklung der Fusion als zukünftige Energiequelle wichtige sind. Unsere
experimentellen Arbeiten führen wir hauptsächlich am Tokamak ASDEX Upgrade am
benachbarten MPI für Plasmaphysik durch, wir sind aber auch mit Experimenten an
anderen internationalen Großexperimenten , wie JET und zukünftig Iter,
beteiligt. Schwerpunkte der Forschungsind die nichtlineare Plasmadynamik, die zu
Instabilitäten, Turbulenz und turbulentem Transport führt, die numerische
Beschreibung von Transportvorgängen, sowie die Physik der
Plasmawandwechselwirkung. Für die experimentellen Untersuchungen verwenden wir
optische Plasmadiagnostiken und verschiedene elektrische Sonden, zur
Interpretation der Daten setzen wir eine Reihe führender numerischer Codes ein.
Untersuchungen von Modellsystemen an kleinerenLaborexperimenten runden die
Forschung ab.

Adresse/Kontakt

James-Franck-Str. 1
85748 Garching b. München
+49 89 289 53523
Fax: +49 89 289 14474

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Arbeitsgruppe

Professorinnen und Professoren

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter

Lehrangebot der Arbeitsgruppe

Lehrveranstaltungen mit Beteiligung der Arbeitsgruppe

Titel und Modulzuordnung
ArtSWSDozent(en)Termine
Plasmaphysik 1
Zuordnung zu Modulen:
VO 2 Birkenmeier, G. Do, 08:30–10:00, PH HS3
Turbulenz in neutralen Fluiden und Plasmen
Zuordnung zu Modulen:
VO 2 Manz, P. Mi, 14:00–16:00, PH II 127
Proseminar Plasma Physics
Zuordnung zu Modulen:
PS 2 Günter, S. Stroth, U.
Mitwirkende: Lauber, P.
Di, 10:00–12:00, PH 2271
Seminar Plasmaphysik
Zuordnung zu Modulen:
HS 2 Günter, S. Stroth, U.
Mitwirkende: Lauber, P.Manz, P.
Di, 10:00–12:00, PH 2271
Übung zu Plasmaphysik 1
Zuordnung zu Modulen:
UE 2 Cavedon, M.
Leitung/Koordination: Birkenmeier, G.
einzelne oder verschobene Termine
Übung zu Turbulenz in neutralen Fluiden und Plasmen
Zuordnung zu Modulen:
UE 2
Leitung/Koordination: Manz, P.
Termine in Gruppen
FOPRA-Versuch 12: Einführung in die Rasterelektronenmikroskopie
Zuordnung zu Modulen:
PR 1 Stroth, U.
Mitwirkende: Balden, M.Dörsch, G.
FOPRA-Versuch 88: Lineare und nichtlineare Wellen in einem Doppelplasma-Experiment
Zuordnung zu Modulen:
PR 1 Stroth, U.
Mitwirkende: Dörsch, G.Dux, R.
Repetitorium zu Proseminar Plasmaphysik
Zuordnung zu Modulen:
RE 2
Leitung/Koordination: Stroth, U.
Repetitorium zu Seminar Plasmaphysik
Zuordnung zu Modulen:
RE 2
Leitung/Koordination: Stroth, U.

Ausgeschriebene Angebote für Abschlussarbeiten an der Arbeitsgruppe

Analysis of momentum transport in the fusion plasma of ASDEX Upgrade using modulation experiments and the simulation code ASTRA

In tokamak plasmas, momentum transport is an important topic due to the impact of plasma rotation on the transport of impurities, the suppression of plasma turbulence, and the plasma stability and confinement. Momentum modulation experiments are one way to examine the individual contributions to the total momentum flux and to compare these contributions to the theoretical predictions. However, the analysis of such experiments and the unique identification of the momentum transport coefficients are non-trivial and require dedicated modeling, for example, with a transport code like ASTRA. In 2017, a series of modulation experiments were performed in AUG with the goal of providing a comprehensive dataset that can act as a test bed for our physics understanding of such experiments. The analysis of these discharges constitutes a validation of the experimental and modeling methodologies. More specifically, it will provide critical information on the ability of modeling, to uniquely identify the momentum transport coefficients. The goals of this master project are to analyze the experimental data from the 2017 experiments and to model the data with ASTRA to determine if our present theoretical understanding is sufficient to reproduce the experimental observations.

Contact: Dr. Rachael McDermott

geeignet als
  • Masterarbeit Kern-, Teilchen- und Astrophysik
  • Masterarbeit Applied and Engineering Physics
Themensteller(in): Ulrich Stroth
Analyzis of impurity density profiles in the fusion plasma of ASDEX Upgrade by spectroscopy and simulations

Impurities are ubiquitous to fusion plasmas. Helium is a product of the fusion reaction and other impurities are either intentionally injected into the hydrogen plasma or introduced through interaction of the plasma with the wall. As these impurities cause dilution of the main plasma and radiative energy losses, it is important to understand how they are transported within the plasma. Recent comparisons between theory and experiment show that we do not have a complete theoretical description and that we, in particular, don’t understand the observed differences between impurity species. At the tokamak ASDEX Upgrade at the MPI for Plasma Physics there is a large database of He, B, C, and N intensity profiles spectroscopically measured over a wide range of plasma operating conditions. However, impurity density profiles have not been analyzed for the bulk of this dataset as the codes to perform these computations in a reasonable amount of time have only recently become available. The objectives of this master thesis is to analyze impurity density profiles, run gyrokinetic simulations for selected cases, and compare the measurements to predictions specifically focusing on the changes seen between the different impurity species.

Contact: Dr. Rachael McDermott

geeignet als
  • Masterarbeit Kern-, Teilchen- und Astrophysik
  • Masterarbeit Applied and Engineering Physics
Themensteller(in): Ulrich Stroth
A Telegraph-equation-based Scrape-Off-Layer transport model

Transport in the scrape-off layer (SOL) of a fusion plasma is dominated by plasma filaments, which ballisticly transport energy and particles, where transport codes use a diffusive description of the SOL. The telegraph equation describes ballistic transport like filaments on short time scales, on long time scales the telegraph equation is diffusive. A simplified SOL transport model may allow to interpret SOL diffusion coefficients based on ballistic transport properties. Simple 1D transport models based on diffusive, convective and the Telegraph equations should be implemented and compared to each other.

Contact: Dr. Peter Manz

geeignet als
  • Bachelorarbeit Physik
Themensteller(in): Ulrich Stroth
Einfluss mechanischer Belastung auf Filamente in Heißkathoden-Ionisationsmanometern

Am IPP entwickelte Ionisationsmanometer werden weltweit zur Neutralgasdruckmessung in Fusionsanlagen eingesetzt. Eine Glühkathode emittiert Elektronen, die in einem elektrischen Feld beschleunigt werden und das Neutralgas ionisieren. Die positiv geladenen Ionen werden von einem Ionenfänger angezogen. Das Verhältnis aus Elektronen- und Ionenstrom ist das Messsignal, aus welchem die Teilchendichte ermittelt werden kann. Das durch Gleichstrom geheizte Filament erfährt im Magnetfeld eine Lorentz-Kraft, welche das Filament mechanisch verformen kann. Aufgabenstellung ist die experimentelle Untersuchung der Stabilität von Filamenten unterschiedlicher Form und Materialien. Der Zugang zur Fragestellung wird durch regelmäßige Bildaufnahmen der Filamente während des Testes ermöglicht. Diese werden durch Micro-Controller gesteuerte Kameras angefertigt. Das Bildmaterial soll automatisiert ausgewertet werden. Neben einer Literaturrecherche gehören die Python-basierte Programmierung des Micro-Controllers, die Durchführung der Messungen, der Umgang mit Vakuumkomponenten sowie die Auswertung und Dar-stellung der Messdaten zu den Aufgaben.

Contact: Dr. Michael Griener

geeignet als
  • Masterarbeit Kern-, Teilchen- und Astrophysik
  • Masterarbeit Applied and Engineering Physics
Themensteller(in): Ulrich Stroth
Gyrofuid description of the radial electric field across the last closed magnetic flux surface of a fusion plasma

The radial electric across the last closed flux surface (LCFS) impacts confinement and the power loads to the divertor. In particular at the LCFS the radial electric field is not well understood. In this work the charge balance around the LCFS will be investigated, by a detailed analysis of the divergence of the current densities. In particular the impact of finite ion temperatures and the polarization current will be studied. A description in a gyro-fluid framework as well as comparisons to gyro-fluid simulations are foreseen. This will help interpretation of future experiments in the tokamak ASDEX Upgrade.

Contact: Dr. Peter Manz

geeignet als
  • Masterarbeit Kern-, Teilchen- und Astrophysik
  • Masterarbeit Applied and Engineering Physics
Themensteller(in): Ulrich Stroth
Wärmebelastung von Gefäß-Strukturen durch periodische Plasmabursts in den Fusionsexperimenten JET und ASDEX Upgrade

Fusionsreaktoren sollen in der sogenannten H-Mode betrieben werden, ein Plasmazustand welcher sich durch einen verbesserten Energie-Einschluss auszeichnet. Letzterer wird durch einen starken Gradienten des Plasmadruckes erreicht. Dieser Betriebes-Modus wird von periodischen Relaxationen der Gradienten-Region im Plasma begleitet. Diese kurzen aber intensiven Wärmelasten könnten in einem Reaktor zu unerwünschtem Material-Verschleiß führen. Die Arbeit soll diese Wärmelast auf die inneren Gefäß-Strukturen in den Fusionsexperimenten JET und ASDEX Upgrade qualifizieren. Eine entsprechende Datenbasis ist vorhanden und kann direkt analysiert werden. Zudem ist es angestrebt, weitere Experimente zur Verbesserung der Analyse auszuführen. Kenntnisse von Matlab oder Python sind von Vorteil.

Contact: Dr. Thomas Eich

geeignet als
  • Masterarbeit Kern-, Teilchen- und Astrophysik
  • Masterarbeit Applied and Engineering Physics
Themensteller(in): Ulrich Stroth

Abgeschlossene und laufende Abschlussarbeiten an der Arbeitsgruppe

Bestimmung von Elektronendichte und Temperatur aus der Linienemission von Helium in einem Fusionsplasma
Abschlussarbeit im Masterstudiengang Physik (Kern-, Teilchen- und Astrophysik)
Themensteller(in): Ulrich Stroth
A shallow water accretion disk experiment
Abschlussarbeit im Masterstudiengang Physik (Kern-, Teilchen- und Astrophysik)
Themensteller(in): Ulrich Stroth
Gyrofuid description of the radial electric field across the last closed magnetic flux surface of a fusion plasma
Abschlussarbeit im Masterstudiengang Physik (Kern-, Teilchen- und Astrophysik)
Themensteller(in): Ulrich Stroth
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