27.02.2017

Dissertanten Interviewserie - Teil 4

Markus Held, Dissertant an der Universität Innsbruck

Was ist dein Dissertationsthema?

"Full-F gyro-fluid modelling of the tokamak edge and scrape-off layer"

Was wird dabei erforscht?

In meiner Dissertation modelliere ich die Rand- und Abschälschicht von Tokamaks mit Hilfe von neuartigen Gyrofluid-Modellen. Diese Modelle erlauben insbesondere das konsistente Studieren von turbulenten Transport bei realistischen Fluktuationsamplituden und finiten Ionentemperaturen. Anhand numerischer Simulationen dieser Gyrofluid-Modelle versuchen wir die Vorgänge an der Separatrix von Tokamaks zu verstehen. Hierbei fokusieren wir uns auf zonale Strömungen, die damit verbundene Entstehung von Randtransportbarrieren und die Dynamik von Filamenten.

Was ist der Nutzen für die Kernfusionsforschung?

Plasmafilamente bestimmen das Druckprofil in der Abschälschicht von Tokamaks und den damit verbundene Partikel- und Wärmetransport an die erste Wand und den Divertor. Die Kontrolle und das Verständnis dieses Transportes ist von entscheidender Wichtigkeit für den Erfolg des Kernfusionsprojektes um nicht an Materialgrenzen zu stoßen. In meiner Dissertation konnte ich unter anderem anhand numerische Simulationen zeigen, dass finite Ionentemperatur zu sehr kompakten Filamentstrukturen führt und zonale Strömungen wesentlich verstärkt.     

Was sind dabei die größten Herausforderungen?

Neben der Ableitung von geeigneten physikalischen Modellgleichungen ist auch die Entwicklung von akuraten und effizienten numerischen Methoden besonders anspruchsvoll. Insbesondere stellen realistische Tokamakmagnetfelder stringente Anforderungen an die numerische Implementierung der Gyrofluid-Modelle, da hier singuläre Punkte auftauchen. Aber auch die numerische Erhaltung von z.B.: Masse, Energie und Impuls ist ein schwieriges Thema.

Welche Pläne hast du für die Zukunft? Wo siehst du dich in 5 Jahren? Willst du in der Forschung bleiben oder später in die Privatwirtschaft gehen?

Nach meinem PhD wäre es sicher sehr interessant in diesem Gebiet weiterzuarbeiten. Ob dies jedoch auch längerfristig möglich und mit der Lebensplanung vereinbar ist, ist momentan sehr schwer abzuschätzen.

Was hat dich dazu bewegt eine fusionsrelevante Dissertation zu schreiben? Was fasziniert dich an der Kernfusion?

Bereits während meines Physikstudiums wurde mein Interesse an der Kernfusion geweckt. Dies bewog mich dazu eine Masterarbeit im Gebiet der theoretischen Plasmaphysik mit der Anwendung Kernfusion zu schreiben. Nachdem nach meiner Masterarbeit aber noch genügend offene Fragen übrig blieben und die Motivation diese zu beantworten auch noch vorhanden war, entschied ich mich dazu mich in einer Dissertation weiter in dieses Gebiet zu vertiefen. Mich fasziniert insbesondere die ungeheuere Komplexität eines Kernfusionsplasmas und wie die dessen Dynamik durch Turbulenz, Selbstorganisation und Strukturbildung geprägt wird. Für mich ist es sehr motivierend diese Vorgänge mit möglichst einfachen Theorien einzufangen und numerisch zu modellieren. Auch ist es bemerkenswert wieviele Isomorphismen zu anderen physikalischen Bereichen wie z.B: Astrophysik, Geophysik, etc. bestehen.