Dynamik magnetischer Flussröhren in Experiment und numerischer Simulation

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Heiße, in magnetischen Flussröhren eingeschlossene Plasmen unterliegen komplizierten dynamischen Prozessen. Prominentes Beispiel hierfür sind die aus der Sonnenphysik bekannten bogenförmigen Protuberanzen, deren Entwicklung in spektakulären Massenausbrüchen enden kann. In diesem Vorhaben sollen entsprechende Plasma-Konfigurationen bezüglich ihres komplexen räumlichen und zeitlichen Verhaltens in einem Laborexperiment untersucht werden. Der Versuchsaufbau besteht im Wesentlichen aus einem Hufeisen-Magneten, dessen Pole elektrisch gegeneinander isoliert sind und gleichzeitig als Elektroden für eine Impulsentladung dienen. Die entstehenden Plasmen werden durch das Eigenfeld des Stromes zusammengehalten und durch das Feld des Hufeisenmagneten räumlich stabilisiert. Aufgrund magnetohydrodynamischer Effekte kommt es zu Verformungen der bogenförmigen Plasmasäule, deren Dynamik mit Hilfe einer schnellen Kamera erfasst wird. Begleitend zum Experiment werden die ablaufenden Prozesse numerisch simuliert, wobei die komplexen Randbedingungen und die Entstehung dünner Stromschichten eine wesentliche Herausforderung darstellen. Die kombinierte Vorgehensweise ermöglicht die Identifizierung und gezielte Untersuchung relevanter Teilprozesse.