Angewandte Plasmaphysik: Große Wirbel (Zonal flows und andere Strukturen) in Kernfusionsreaktoren, auf dem Jupiter, in Klima und Astrophysik

Worum geht's

Du lernst, wie sich großskalige Strukturen wie Zonal Flows in turbulenten Systemen bilden – am Beispiel von Fusionsplasmen, aber auch in planetaren und astrophysikalischen Kontexten (z. B. Jupiter, Erdatmosphäre). Am Ende kannst du die relevanten Grundgleichungen und Mechanismen beschreiben sowie ihre Bedeutung für Wärmetransport und Selbstorganisation einschätzen.

Was du danach kannst

• aktuelle experimentelle Forschungsergebnisse und Messmethoden zu Zonal Flows und Selbstorganisation beschreiben
• magnetohydrodynamische und drift-/gyrokinetische Grundgleichungen verstehen und darstellen
• anelastische Grundgleichungen für Turbulenz in rotierenden Planeten-/Sternatmosphären herleiten und beschreiben
• verschiedene Typen globaler Strömungen in Fusionsplasmen und Planeten/Sternatmosphären charakterisieren
• wichtige konvektive Turbulenzarten (z. B. Driftwellen, Rayleigh–Taylor, Rossbywellen) und ihren Einfluss auf Zonal Flows ableiten bzw. abschätzen
• Methoden und Probleme der Computersimulation der behandelten Systeme verstehen
• Erhaltungsgrößen in 2D/3D hydrodynamischer und magnetohydrodynamischer Turbulenz herleiten
• Prinzip der Kaskaden und Erhaltungsgrößen anwenden, um kollektive Phänomene zu erklären
• fundamentale Wellen in den genannten Systemen und ihren Einfluss auf Impuls- und Energietransport erklären

Aus was das Modul besteht

• VorlesungVermittlung der thematischen Inhalte und Aufzeigen universeller physikalischer Konzepte mit Querverweisen
• ÜbungsaufgabenVertiefung und Einüben der Inhalte anhand von Problembeispielen und Rechenaufgaben
• Demonstrationsexperimente/VisualisierungenMotivation und Veranschaulichung der behandelten Phänomene

Lehrmethode

• thematisch strukturierte Vorlesungzur Präsentation der Lerninhalte und Herausarbeitung universeller Konzepte
• wissenschaftliche DiskussionenFörderung des analytisch-physikalischen Denkens und Einbeziehung der Studierenden
• ÜbungsaufgabenAnwendung und Vertiefung des Gelernten durch eigene Rechnungen
• Demonstrationsexperimente/FilmeMotivation und Visualisierung der Phänomene