50 Jahre Plasmaphysik Und Fusionsforschung an Der Universität Innsbruck 1958 - 2008
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50 Jahre Plasmaphysik und Fusionsforschung an der Universität Innsbruck 1958 - 2008 A. Kendl (Hg.) 4 50 Jahre Plasmaphysik an der Universität Innsbruck 5 Inhalt 1 Vorwort des Vizerektors für Forschung ( Tilmann Märk) 7 2 Grußworte 11 3 Geschichte der Plasmaphysik in Innsbruck 17 3.1 Die Anfänge der Plasmaphysik in Innsbruck ab 1958 ( Ferdinand Cap ) 19 3.2 Weitere Entwicklung seit 1988 am Institut für Theoretische Physik 31 3.2.1 Plasmatheorie (Siegbert Kuhn) 33 3.2.2 Fusions- und Energiephysik (Klaus Schöpf) 41 3.3 Plasmaphysik am Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik 53 3.3.1 Ionenphysik und Angewandte Physik (Tilmann Märk) 53 3.3.2 Experimentelle Plasmaphysik ( Roman Schrittwieser) 63 3.3.3 Komplexe Systeme (Alexander Kendl) 76 4 Wissenschaft im Kontext 79 4.1 1958-2008: 50 Jahre Fusionsforschung für den Frieden ( Karl Lackner) 81 4.2 Europäische Fusionsforschung in Österreich: Die Assoziation EURATOM-ÖAW an der Österreichischen Akademie der Wissenschaften ( Harald W. Weber) 94 4.3 Ionen- und Plasmaphysik / Angewandte Physik: ein Schwerpunkt der Physik ( Paul Scheier) 100 5 Aktuelle Forschung und Perspektiven: Laufende Projekte 2008 107 6 Publikationen der Innsbrucker Plasmaphysiker 123 7 Nachdruck: Scientific Report No. 100 „17 Years Plasma Physics in Innsbruck“ 167 6 50 Jahre Plasmaphysik an der Universität Innsbruck 7 1 50 Jahre Plasmaphysik Innsbruck Vorwort aus der Sicht des Vizerektors für Forschung Als erstsemestriger Physikstudent im Jahre 1962 hatte man keine sehr große Auswahl an Vor- lesungen, es gab verschiedene Mathematikvorlesungen und es gab die eine eher experimentell ausgerichtete Einführungsvorlesung für alle Physik- und Medizinstudenten von Professor Steinmaurer. Es gab zu dieser Zeit nur einen einzigen anderen Physikprofessor, den Theoreti- ker Professor Ferdinand Cap. Er las damals einen mehrjährigen Zyklus aus theoretischer Phy- sik und je nachdem, wann man gerade mit dem Studium anfing, musste man einige Zeit war- ten um gerade den Anfang, nach entsprechenden vorbereitenden Vorlesungen aus Mathema- tik und Experimentalphysik, nämlich die Vorlesung Mechanik I zu erwischen. In meinem Falle hätte das bedeutet, dass ich mindestens zwei Jahre hätte warten müssen und so ent- schloss ich mich entgegen allen Ratschlägen mich bereits im ersten Semester in die mit Ehr- furcht als sehr schwierig gehandelten theoretischen Vorlesungen zu setzen. Ich habe von An- fang an jede einzelne Vorlesung genossen, Professor Cap hat es als begnadeter Vortragender verstanden auch die schwierigsten Zusammenhänge und mathematischen Ableitungen in kla- rer, verständlicher und spannender Weise vorzutragen. Der einzige Wermutstropfen, man musste unheimlich schnell und viel mitschreiben. In seinen Spezialvorlesungen zur Plasma- physik hat er in einer Reihe von Schülern in diesen Jahren das Interesse und die Liebe zur diesem hochaktuellen Forschungsgebiet der modernen Physik geweckt. Prof. Cap war bereits in den 60er Jahren ein moderner, extrem aktiver Professor, er be- schränkte sich nicht nur auf die Vorlesungstätigkeit, sondern er führte eine aktive For- schungsgruppe auf dem Gebiet der Plasmaphysik, publizierte bereits viel mehr als andere und 8 50 Jahre Plasmaphysik schrieb nebenbei noch Bücher. Besonders erwähnenswert, in einer beispiellosen Modernität, überwand er die damals und auch teilweise heute noch im europäischen Raum in der Physik vorherrschende Trennung zwischen Theorie und Experiment und gründete ein eigenes experi- mentelles Labor und initiierte als Theoretiker erfolgreiche Experimente im Bereich der Plas- maphysik. Heute ist es eine Selbstverständlichkeit, dass man Fragestellungen in der Physik mit beiden Methoden zugleich behandeln muss, wenn man erfolgreich sein will. Er war auch in anderer Beziehung seiner Zeit voraus, wir reden heute davon wie wichtig Wis- senstransfer von der Universität in die Wirtschaft ist, Prof. Cap hat bereits in den 60er Jahren Erfindungen realisiert und Patente angemeldet. Er war auch zusammen mit Professor Maxi- milian Pahl, vom Institut für Atomphysik (Ionenphysik) die treibende Kraft dafür, dass nach Installierung des Schwerpunktprogrammes des FWF aufgrund eines hervorragenden Antrages einer der ersten Schwerpunkte nach Innsbruck vergeben wurde, wobei im Rahmen dieses Schwerpunktes auf dem Gebiet der Plasmaphysik auch junge Assistenten Projektleiter sein konnten, was damals üblicherweise Professoren vorbehalten war. Die Förderung der Plasma- physik in Innsbruck durch dieses Schwerpunktprogramm in den beiden Förderperioden 1973- 1978 und 1978-1983 führten zu einem enormen Aufschwung der Plasmaphysik, im speziellen der Fusionsforschung, in Innsbruck und im speziellen der experimentellen Gruppen am Insti- tut für Atomphysik (Ionenphysik). Dieser Aufschwung fand seine Fortsetzung in der Innsbru- cker Teilnahme an der von Professor Hannspeter Winter in den 90er Jahren initiierten Asso- ziation Euratom-ÖAW (heute unter der Leitung von Professor Harald Weber), in der fünf von den acht österreichischen Physikprojekten in Innsbruck angesiedelt sind. Mit dem Baube- schluss von ITER in Europa ist nunmehr sichergestellt, dass Fusionsforschung auf europäi- scher und internationaler Ebene in den nächsten Jahrzehnten einen wesentlichen Schwerpunkt bilden wird. Insofern ist es auch wichtig sicherzustellen, dass auch in Österreich adäquate Forschungs- und Lehrkapazitäten zur Verfügung stehen. Der Standort Innsbruck nimmt in diesem Zusammenhang aus Sicht des Wissenschaftsministeriums, der Österreichischen Aka- demie der Wissenschaften und von EURATOM, Brüssel, eine Schlüsselrolle auf dem Gebiet der theoretischen Plasmaphysik und der experimentellen Ionen- und Plasmaphysik ein. Wenn heute die Physik Innsbruck eines der ganz großen Glanzlichter der LFUI darstellt und international hohes Ansehen genießt, wenn heute Innsbruck und auch Österreich auf der inter- nationalen Landkarte der Plasmaforschung prominent vertreten ist (u.a. durch den LFUI Schwerpunkt Ionen- und Plasmaphysik / Angewandte Physik), dann verdanken wir dies den Visionen von Professor Cap und Professor Pahl. Diese beiden Professoren haben in den schwierigen Nachkriegszeiten den Grundstein zu dieser rasanten Entwicklung gelegt. In ei- nem einzigen Punkt hat sich allerdings Professor Cap geirrt, schon in den Vorlesungen, die ich als junger Student anfangs der 60er besuchte und in denen er uns von dem vierten Mate- riezustand berichtete und überzeugte, hat er uns damit fasziniert, dass es nur mehr ein kurzer an der Universität Innsbruck 9 Schritt bis zur Realisierung des Fusionsreaktors sei. Aus seiner damaligen Sicht hätte der Schritt vielleicht 10-20 Jahre dauern sollen, wie wir heute wissen, könnten daraus eher 50- 100 Jahre werden. Als Vizerektor für Forschung der Leopold-Franzens-Universität wünsche ich mir und der Plasmaphysik Innsbruck auch für die nächsten 50 Jahre eine ebenso erfolgreiche Entwicklung wie in den bisherigen 50 Jahren. Neben der Quantenphysik und der Astrophysik ist dieser Teilbereich der Physik das dritte wesentliche Standbein, auf dem die internationalen Erfolge und Anerkennung der Innsbrucker Physik beruhen. Univ.-Prof. Dr.phil. Dr.h.c. mult. Tilmann Märk Vizerektor für Forschung, Universität Innsbruck 10 50 Jahre Plasmaphysik an der Universität Innsbruck 11 2 Grußworte 12 50 Jahre Plasmaphysik 2.1 Grußwort Univ.-Prof. Dr. Karlheinz Töchterle Rektor der Universität Innsbruck Die Plasmaphysik und Fusionsforschung ist nun bereits seit 50 Jahren ein wichtiges Arbeits- gebiet der Physik an der Universität Innsbruck. Ferdinand Cap, seit 1958 Professor für theore- tische Physik und einer der Gründerväter der österreichischen Plasmaforschung, hat sich früh- zeitig und gegen manche Widrigkeiten für die Beteiligung österreichischer Forscherinnen und Forscher an der internationalen Fusionsforschung stark gemacht. Ziel war unter anderem be- reits damals die friedliche Nutzung der Kernverschmelzung zur Energiegewinnung. Ein For- schungsfeld, das mit dem internationalen Forschungsprojekt ITER zum Bau eines Versuchs- reaktors für die großtechnische Nutzung der Kernfusion gerade heute wieder hochaktuell ge- worden ist. Innsbrucker Forscher sind mit eigenen Experimenten und Simulationen an vielen großen Fusionsanlagen weltweit beteiligt und arbeiten auch an theoretischen und numeri- schen Modellierungen für ITER mit. Die Mitglieder der Innsbrucker Plasmaphysikgruppe haben in den vergangenen Jahrzehnten im engen Austausch mit internationalen Partnern in Ost und West anerkannte Beiträge auf den Gebieten der Plasmatheorie, der Plasma-Wand-Wechselwirkung und der Plasmadiagnos- tik geleistet. Sie zeichneten aber auch für die Anfänge des wissenschaftlichen Hochleistungs- rechnens in Innsbruck verantwortlich. In der Mitte des vergangenen Jahrhunderts entstand in Innsbruck rund um die Nobelpreisträ- ger Victor F. Hess und Erwin Schrödinger sowie den Quantentheoretiker Arthur March ein internationales Zentrum der Physik. Auf diesen Fundamenten konnte Ferdinand Cap als As- sistent von Schrödinger und Nachfolger von March aufbauen und Innsbruck als international beachtete Forschungsstätte der Physik etablieren. Gemeinsam mit den erfolgreichen Arbeits- gruppen der Ionenphysik, der Quantenphysik und der Astrophysik trägt die Plasmaphysik auch heute wesentlich zum Ruf des Physikstandortes Innsbruck bei. Als Rektor möchte ich allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern zu diesem Erfolg gratulieren und ihnen im Namen der Universität für den großen Einsatz und das nicht nachlassende Engagement danken. an der Universität Innsbruck 13 2.2