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Plasma Surface and Divertor Physics

Prof. Ulrich Stroth

Research Field

We represent at the TUM the wide field of plasma physics in research and
teaching. The focus of our work lies on magnetized high-temperature plasmas as
they exist in fusion experiments as well as in the universe. Of special interest
for our research are processes relevant for developing a future energy source
based on fusion reactions in magnetically confined plasmas. The experimental
work is mainly carried out on the tokamak experiment ASDEX Upgrade located at
the MPI for Plasma Physik on this campus but also on other international
research facilities such as JET and, in the future, Iter. Of particular interest
for our research are non-linear plasma processes, which govern plasma
instabilities, turbulence and turbulent transport, the numerical description of
transport processes, as well as the physics of plasma-wall interaction. For our
experimental investigations we use optical diagnostics and different types of
electrostatic probes. The experimental data we compare with results from leading
simulation codes. Investigations on large fusion devices are rounded off by
studies of model systems on smaller laboratory experiments.

Address/Contact

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

Members of the Research Group

Professor

Office

Scientists

Students

Other Staff

Teaching

Course with Participations of Group Members

Offers for Theses in the Group

Computersimulation von Methoden zur Tiefenprofilierung mittels Zerstäubung von rauen Oberflächen

Die Messung von Konzentrationsprofilen von Elementen als Funktion der Tiefe ist in vielen Bereichen von Physik und Materialwisssenschaft essentiell. Eine wichtige und häufig genützte Klasse von Methoden basiert auf Tiefenprofilierung durch Zerstäubung, d.h. ein Strahl von (typischerweise schweren) Ionen schlägt Atome aus einer Oberfläche heraus und schreitet durch Materialabtrag in die Tiefe fort. Die herausgeschlagenen Atome können durch verschiedene Methoden nachgewiesen werden, z.B. Sekundärionenmassenspektrometrie (SIMS) oder glow discharge optical emission spectroscopy (GDOES). Diese Methoden sind für glatte Oberflächen gut etabliert. Die Anwendung auf rauen Oberflächen dagegen enthält viele offene Fragen und wird seit Jahren kontrovers diskutiert. Die Zunahme von paralleler Rechenleistung während der letzten Jahre erlaubt mittlerweile die dynamische Simulation von Tiefenprofilierungsmethoden mittels Zerstäubung von 2-und 3-dimensional Oberflächen mittels des existierenden Programms SDTrimSP. Erste Ergebnisse zur Evolution von rauen Oberflächen durch Zerstäubung wurden bereits in einer Bachelorarbeit erzielt. Diese Arbeit soll weitergeführt werden und zu einem besseren Verständnis des Zerstäubungsprozesses von rauen Oberflächen führen.

Contact: Dr. Matej Mayer

suitable as
  • Bachelor’s Thesis Physics
Supervisor: Ulrich Stroth
Reaction-diffusion simulations of the influence of surface processes on hydrogen release from tungsten

Hydrogen isotope retention in plasma-facing components in fusion devices is an issue from the safety and economic points of view. Its predictions are often based on reaction-diffusion simulations. The simulations require the parameters describing hydrogen interactions with the material. These parameters are frequently obtained from simulations of laboratory experiments, in particular, desorption spectroscopy (TDS). In the simulation of TDS results it is often assumed that the result is governed by bulk processes, while processes at the material surface are very fast. Alternatively, very simplified models of surface processes are used. Within this bachelor thesis, the student will perform reaction-diffusion simulations utilizing a more rigorous model of hydrogen interaction with metal surfaces. By performing systematic parameter studies, the effects of surface processes on TDS results will be elucidated.

Contact: Dr. Mikhail Zibrov

suitable as
  • Bachelor’s Thesis Physics
Supervisor: Ulrich Stroth
Simulation von "Elastic Recoil Detection"-Analysen (ERDA) auf rauen Oberflächen

Elastic Recoil Detection Analysis (ERDA) ist eine Ionenstrahlanalysemethode mit einfallenden Ionen im Energiebereich von einigen 10 MeV. Die Methode wird weltweit häufig zur quantitativen Analyse der Zusammensetzung von Festkörperoberflächen genutzt. Während ERDA für glatte Oberflächen gut funktioniert, ist allerdings schon länger bekannt, dass die Methode durch Oberflächenrauigkeit gestört werden kann. Das Ausmaß dieser Störung und der Einfluss auf die Quantifizierbarkeit von ERDA wurden aber nur ansatzweise untersucht und hängen letztlich wohl auch von der Art der Rauigkeit ab. Im Rahmen dieser Arbeit soll mit Hilfe von Simulationsrechnungen unter Benützung der Structnra/Simnra Software der Einfluss verschiedener Arten von künstlichen und realen Oberflächenrauigkeiten auf ERDA Energiespektren sowie die daraus abgeleiteten elementaren Zusammensetzungen und Tiefenprofile untersucht werden.

Contact: Dr. Matej Mayer

suitable as
  • Bachelor’s Thesis Physics
Supervisor: Ulrich Stroth

Current and Finished Theses in the Group

Feasibility study of a dispersion interferometer at ASDEX Upgrade and prospects for disruption studies
Abschlussarbeit im Masterstudiengang Physics (Applied and Engineering Physics)
Themensteller(in): Ulrich Stroth
New developments in a geometric Particle in Cell code in a HPC environment
Abschlussarbeit im Masterstudiengang Physics (Applied and Engineering Physics)
Themensteller(in): Ulrich Stroth
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