19. Mai 2009, 18:00

Die letzten Wochen waren sehr spannend bei uns im Institut.

Vor zwei Wochen sind unsere russischen Kollegen zu Besuch gekommen und haben die Daten der letzten Mission auf der Raumstation mitgebracht, die vorher von der Sojuz zurück zur Erde geholt wurden.

Das läuft dann immer so ab, dass das gesamte Team sich in einem Besprechungsraum trifft und die Videos der Daten anschaut. Wir haben dabei einiges an sehr schöner Kristallisation der Mikroteilchen im Plasma beobachten können, und auch die Durchdringung einer Wolke von Teilchen von anderen, neu eingeschüttelten.

Blasen, wie sie auf der Erde unter Einwirkung von Thermophorese entstehen (und die unter anderem Teil meiner Doktorarbeit sind), konnten wir allerdings leider wieder nicht sehen; die Teilchen wurden durch den angelegten Temperaturunterschied einfach zur Seite gedrückt. Natürlich ist auch das Nicht-Auftreten eines Effekts ein Ergebnis (wenn auch kein sehr befriedigendes):  (weiter)

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11. Juni 2008, 09:14

Von meinem Lieblingsvortrag (über Star Trek Schilde) am Tag 2 habe ich ja bereits berichtet. Hier möchte ich einige andere meiner persönlichen Highlights vom zweiten Tag der Konferenz über Plasmaphysik der Europäischen Physikalischen Gesellschaft berichten. Morgens habe ich einen der Plenarvorträge besucht, über "Tanzende Ionen nahe dem absoluten Nullpunkt" von Thomas Killian von der Rice University in Houston.

Mit dem absoluten Nullpunkt ist der Temperaturnullpunkt gemeint, 0 Kelvin, oder etwa -273 Grad Celsius. Die Gruppe von Killian kühlt Atome mittels eines genau abgestimmten Lasers auf Temperaturen im mK-Bereich. Diese Kühlmethode gab in den 90ern einen Nobelpreis, sie nutzt aus, dass die Photonen des Lasers einen Impuls übertragen und die Bewegung von Atomen damit, wenn sie von beiden Seiten angestrahlt werden, dämpfen können.

Zusätzlich zu diesem Kühllaser werden die Atome in Killians Aufbau noch mit einem Anregungslaser bestrahlt, dessen Energie genau abgestimmt ist, so dass Elektronen aus den Hüllen der Atome gehoben und auch noch deren Energie genau bestimmt werden kann. Somit werden die Atome ionisiert und ein Plasma erzeugt.

Dieses System zeigt einige "klassische" Plasmaphysik wie normale, schwach gebundene Plasmen, z.B. dehnt es sich aus. Andererseits zeigt es aber auch stark gekoppelte Phänomene, der Kopplungsparameter (das Verhältnis von Coulombenergie zu thermischer Energie) ist größer als 1, allerdings nur wenig, so dass das System am ehesten als flüssig zu bezeichnen ist.  (weiter)

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10. Juni 2008, 14:37

Obwohl auf der EPS Konferenz heute (Tag 2) parallel Vorträge über mein eigenes Fachgebiet stattfanden, konnte ich als alter Star Trek-Fan heute einem anderen Vortrag einfach nicht widerstehen: Ruth Bamford berichtete von "Star Trek Plasma-Schilden".

Die Erde wird bekanntlich von ihrem Magnetfeld vor der Teilchen-Strahlung von der Sonne geschützt. Auch die heutigen Weltraumflüge verlassen dieses geschützte Gebiet innerhalb der Magnetosphäre nicht. Anders die Apollo-Flüge: Die Astronauten in den 60ern und 70ern hatten unheimliches Glück, dass während ihrer Flüge zum Mond kein Ausbruch der Sonne erfolgte. Es gab zwischen den Flügen mehrere sogenannte solare Protonenvorfälle (solar proton event, ich weiß den genauen Fachausdruck auf Deutsch nicht), bei denen Protonen aus der Sonne durch Flares oder ähnliches zu sehr hohen Geschwindigkeiten beschleunigt werden. Mehrmals wurde dabei eine Dosis erreicht, die starke Strahlungsvergiftung bei den Astronauten verursacht hätte, gerade allein im Weltraum sicherlich kein Vergnügen.

Ein solcher Ausbruch, zwischen Apollo 16 und 17, wäre sogar für alle Astronauten tödlich gewesen, hätte er sie erwischt.

Bei einem Flug zum Mars und zurück, der 18 Monate dauern kann, ist die Wahrscheinlichkeit eines solchen Ausbruchs sehr sehr hoch. Es muss also eine neue Technologie entwickelt werden, die die Astronauten schützen kann.
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10. Juni 2008, 14:11

Die größte europäische Konferenz über Plasmaphysik, die Konferenz der Europäischen Physikalischen Gesellschaft, findet momentan in Hersonisos auf Kreta statt, ein kleiner Ort, der nicht viele Ablenkungen außer dem Strand hat. ;)

Diese Konferenz ist so groß, dass viele gleichzeitig stattfindende Vorträge nötig sind, nur wenige Plenarvorträge für alle finden statt. Ich bin natürlich am meisten an dem Teil über Tieftemperatur-Plasmen interessiert, die meisten Vorträge handeln allerdings von Fusionsplasmen.

Am ersten Tag sprach zuerst Liu Chen über Alfvén-Wellen in Plasmen, das sind Wellen, die in magnetisierten Plasmen entstehen. Von diesem Vortrag hatte ich mir eigentlich viel versprochen, da es sich um den Vortrag zu einer Preisleihung handelte, war aber ein wenig enttäuscht, da viel Vorwissen nötig war.

Als nächstes besuchte ich die beiden Plenarvorträge für den Tag. Besonders interessiert war ich natürlich an dem Vortrag von Prof. Piel von der Universität Kiel, der einen Überblick über das Gebiet der Komplexen Plasmen gab. Ich fand diesen Vortrag sehr gelungen, auch besser verständlich als viele der anderen Plenarvorträge, die ja nicht nur für die absoluten Experten gedacht sind. Allerdings ist es schwierig, sich mein Fachwissen "wegzudenken" und zu versuchen zu überlegen, wie dieser Vortrag z.B. auf einen Fusions-Plasmen-Physiker gewirkt hat. (weiter)

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23. Mai 2008, 11:50

Das Thema des dritten Tags der ICPDP waren Plasmakristalle, das heißt die kristalline Phase eines Komplexen Plasmas. A. Gavrikov aus Moskau (der Doktorand des eigentlich angekündigten O. Petrov und damit einer der wenigen jungen Vortragenden) berichtete von dem Verhalten der Mikroteilchen unter dem Einfluss von externen Feldern, Strahlung und Teilchenstrahlen. Er stellte einige Versuche zu Komplexen Plasmen in Magnetfeldern vor (Rotation der Teilchenwolke). Wird das System mit einem starken Laser beleuchtet, kann der Fluss der Teilchen beobachtet werden. Mit Hilfe eines Elektronenstrahls können sehr hohe Ladungen erreicht werden.

Als nächstes sprach D. Block von der Universität Kiel von der Struktur und Dynamik einer "endlichen" (nur wenige Teilchen) dreidimensionalen Teilchenwolke, die Ähnlichkeiten mit Ionenkristallen aufweist. Interessant war hierbei auch die vorgestellte Analysemethode: es wird ein Hologramm mithilfe einer Kamera aufgenommen, das dann numerisch ausgewertet wird und es erlaubt, die dreidimensionalen Positionen aller Teilchen simulan aufzunehmen. Es wurden nur Daten von einer sehr kleinen Wolke vorgestellt, es wäre interessant zu sehen, ob diese Methode auch für übliche Cluster verwendbar ist.

V. Nosenko aus unserer Gruppe stellte seine Experimente zu Dislokationen in Plasmakristallen vor, deren Wachstum auf dem kinetischen (Teilchen-) Level beobachtet wurden. Dabei untersuchte er eine Lage Mikroteilchen bei sehr niedrigem Druck, die durch das Magnetfeld der Erde langsam rotierte.

M. Rubin-Zuzic, ebenfalls aus Garching, sprach danach über Versuche, in denen die Wechselwirkung von verschiedenen Teilchengrößen untersucht wurde. Dabei wurden auf der Raumstation Teilchen in eine schon vorhandene Wolke eingestreut und bildeten dabei Gassen aus. Die Analyse solcher Versuche ist schwierig, da man in den Bildern kaum die eine Teilchengröße von der anderen unterscheiden konnte. In den hier vorgestellten Experimenten wurde dafür ein Gabor-Filter verwendet.

Der nächste Vortrag, von I. Kourakis, handelte von lokalen Anregungen in Komplexen Plasmen und den Wellen, die in diesen Systemen angeregt werden können. Dabei wurden auch Solitons theoretisch untersucht, ein Thema, das zufällig genau zu der experimentellen Arbeit von meinem Kollegen Ralf Heidemann passt, wie in dem Vortrag auch betont wurde. Natürlich zur Freude beider Seiten, denn Theoretiker freuen sich natürlich genauso wie die Experimentalphysiker, wenn das passende Experiment und Theorie sich "finden".

Schließlich sprach noch R. Bingham über Staub im Universum. Der Staub wurde von den ersten Supernovae produziert, was man an staubigen, sehr weit entfernten Galaxien sieht. Der interplanetare und -stellare Staub wird dabei von Kosmischer Strahlung ionisiert. Er kann mithilfe des kosmischen Mikrowellenhintergrunds und seiner thermischen Emission untersucht werden.

Nachmittags fand der Konferenz-Ausflug statt, bei dem wir zu mehreren vulkanisch aktiven Orten gefahren sind, an dem kochendes Wasser aus dem Boden tritt und spektakulär dampft. Außerdem haben wir zwei Seen und eine Tee-Fabrik besucht.

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23. Mai 2008, 10:50

Der zweite Tag der International Conference on the Physics of Dusty Plasmas begann mit einem Vortrag von Cécile Arnas über das Wachstum von Nanoteilchen in Plasmen. Die Französin hat ein Modell vorgestellt, mit dem gezeigt wird, wie kleine, gesputterte Teilchen sich abkühlen und dann kondensieren.

Danach berichtete Alex Samarian aus Sydney über eine Untersuchung von Staubteilchen nach der Abschaltung eines Plasmas. Die Teilchen entladen sich nicht sofort, sondern behalten für eine ganze Weile noch eine Ladung, die man mithilfe eines wechselnden elektrischen Feldes messen kann.

Alexei Ivlev aus unserer Gruppe in Garching stellte verschiedene Versuche und theoretische Überlegungen zur Rheologie von Komplexen Plasmen vor, unter anderem Experimente zu Scheerkräften auf Staubteilchen und Rechnungen zur Konvektion von Gasen bei extrem niedrigen Drücken (kleiner als 10 Pa).

Nach der Kaffeepause (habe den Tee entdeckt, der viel besser als der extrem starke Kaffee ist) sprach Hubertus Thomas, ebenfalls unsere Gruppe, über die Ergebnisse des momentanen Experiments zu Komplexen Plasmen auf der Internationalen Raumstation, PK3-Plus. Er zeigte einige Filme zu dem Heartbeat, der ja auch schon am Vortag erwähnt worden war, zu Reihenbildung von Teilchen (wie Fußgänger auf dem Weihnachtsmarkt, die aneinander vorbeikommen wollen, ohne andauernd an andere Leute zu stoßen) und zu elektrorheologischen Fluiden.

Danach sprach Kostya Ostrikov sehr energetisch über Plasma Nanoarchitektur, einem Thema, von dem ich noch nie etwas gehört hatte. Anscheinend ist es möglich, mithilfe von Plasma genau designte Nanostrukturen zu bilden.

Lin I aus Taiwan stellte Arbeiten zu selbstangeregten Wellen in komplexen Plasmen vor, die mich dann wieder sehr interessierten, da sie meinem vor einiger Zeit publizierten Paper sehr ähneln. Sogar die Analysemethoden mithilfen von "Periodgrammen" war dieselbe. Wenn ich wieder zu Hause bin, werde ich mal nach Publikationen von seiner Gruppe zu dem Thema suchen.

Am Nachmittag ging es um Staub in dem geplanten Fusionsreaktor, ITER. Wie Michiya Shimada und Sandrine Rosanvallon erklärten, wird Staub in dem Tokamak unter verschiedenen Umständen entstehen, was sowohl ein Sicherheitsproblem (der Staub wird aktiviert, damit dann radioaktiv und darf somit nicht in die Umwelt gelangen) als auch ein Problem für den Betrieb des Reaktors ist (der Staub kühlt z.B., so dass irgendwann nicht mehr Energie gewonnen als reingesteckt wird).

Es gibt verschiedene Vorschläge, die Bildung von Staub zu minimieren und dann zu entfernen. Auf alle Fälle noch eine Aufgabe, an der geforscht wird. Dmitry Rudakov aus San Diego stellte die Forschungsergebnisse zu dem Thema an dem DIII-D Tokamak dar. S. Krasheninnikov zeigte auch einige (für mich beeindruckende) Filme von Staub, der durch das heiße Plasma fliegt und sprach von einer Simulation zu dem Transport von Staub.

C. Ticos sprach über Experimente mit dichten Plasmen, die schnell fließen (mehr als 20 - 60 km/s). Dabei wurden die Staubteilchen sp heiß, das sie leuchteten und mithilfe einer extrem schnellen Kamera beobachtet werden konnten.

Als letzten Vortrag am Dienstag sprach schließlich S. Benkadda über Driftwellen in staubigen Plasmen.

Danach haben wir die portugisische Küche genossen und extrem leckeren Schwertfisch gegessen (und auch mal über etwas anderes gesprochen als komplexe Plasmaphysik ;) ).

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20. Mai 2008, 18:33

Am Samstag abend sind wir auf den Azoren angekommen, um die International Conference on the Physics of Dusty Plasmas zu besuchen. Den Sonntag haben wir hauptsächlich für uns nutzen können, ab 16 Uhr fand lediglich die Registrierung und ein Welcome Drink in der Uni statt. Dort haben wir alle einen Rucksack, das Buch mit den Abstacts, Namensschilder und einige andere Kleinigkeiten erhalten. Es war schön, schon dort viele bekannte Gesicher zu sehen.

Am Montag um 10 vor 9 ging es dann mit einer Begrüßung los. Zu meiner Überraschung hat der Chairman, Padma Shukla, erklärt, dass besonders viele Vorträge an junge Wissenschaftler vergeben worden wären... Bisher, gegen Ende des zweiten Tags, wurden gerade zwei Vorträge von jungen Leuten gehalten. Nun ja.

Der erste Vortrag war dann auch gleich von Greg Morfill, einem der Mitentdecker von Plasmakristallen, Chef der größten Forschungsgruppe, die sich mit diesem Thema beschäftigt (und nebenbei mein Boss ;) ). 

Zunächst hat Greg Morfill einen Überblick über die Geschichte der komplexen Plasmen gegeben, immerhin mittlerweile schon 15 Jahre. Er hat auch einige momentan interessanten Forschungsthemen angesprochen, wie Selbstorganisation, nicht-Hamilton'sches Verhalten, und elektrorheologische Eigenschaften von komplexen Plasmen.

Danach kam ein Vortrag von M. Mikikian aus Frankreich über die "Heartbeat"-Instabilität. Dabei kontrakhiert der zentrale Void, den komplexe Plasmen manchmal zeigen, regelmäßig und weitet sich dann wieder aus. Sieht fast aus wie ein schlagendes Herz, daher der Name.

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