Modulbeschreibung

Die Studierenden

• wissen, was ein Plasma ist und können die Prozesse, welche in einem Plasma ablaufen, als physikalische Prozesse beschreiben (Stösse, Ionisation, Reaktion, Drift).
• wissen, wie sich geladene Teilchen im einem B-Feld bewegen und sind in der Lage, gekoppelte elektromagnetische Systeme mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente (FEM) zu formulieren, modellieren und zu lösen.
• verstehen die Maxwell- und Navier-Stokes-Gleichungen und deren Kopplungen als Grundlage für die Plasmaphysik.
• kennen das Flüssigkeitsbild des Plasmas (MHD, Magnetohydrodynamik) und die kinetische Theorie der Plasmen (Teilchenbild) und kennen deren Gültigkeitsbereich.
• kennen die verschiedenen Ansätze für die numerische Lösung der gekoppelten Maxwell- und Navier-Stokes Gleichungen für ein 2-komponentiges neutrales Edelgas-Plasma (z.B. Argon) und ein nicht-neutrales Plasma (reines Elektronengas).
• sind in der Lage, einfache Modelle zu parametrisieren, über eine Skriptsprache (MATLAB) zu steuern (scripting), zu optimieren (optimization) und auszuwerten (postprocessing).
• sind in der Lage, analytische Modelle zur Validierung der numerischen Simulation in MATLAB zu implementieren und die Resultate zu vergleichen und zu bewerten.
• sind in der Lage, englische Fachpublikationen und Paper zu lesen, deren Inhalte nachzuvollziehen und umzusetzen.

Bachelor of Science in Systemtechnik

Einführung in mehrdimensionale Analysis

Scientific Computing

Im Kurs Multiphysik-Modellierung und Simulation in der Plasmaphysik wird ein Projekt mittels Bericht und Präsentation bewertet. Im Kurs Methoden der Multiphysik-Modellierung wird ein Bericht und eine Präsentation bewertet.

Im Kurs Multiphysik-Modellierung und Simulation in der Plasmaphysik wird ein Projekt mittels Bericht und Präsentation (Gewicht 66.67%) bewertet. Im Kurs Methoden der Multiphysik-Modellierung wird ein Bericht und eine Präsentation (Gewicht 33.3%) bewertet.

Die Studierenden

• wissen, was ein Plasma ist und können die Prozesse, welche in einem Plasma ablaufen, als physikalische Prozesse beschreiben (Stösse, Ionisation, Reaktion, Drift).
• wissen, wie sich geladene Teilchen im einem B-Feld bewegen und sind in der Lage, gekoppelte elektromagnetische Systeme mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente (FEM) zu formulieren, modellieren und zu lösen.
• verstehen die Maxwell- und Navier-Stokes-Gleichungen und deren Kopplungen als Grundlage für die Plasmaphysik.
• kennen das Flüssigkeitsbild des Plasmas (MHD, Magnetohydrodynamik) und die kinetische Theorie der Plasmen (Teilchenbild) und kennen deren Gültigkeitsbereich.
• kennen die verschiedenen Ansätze für die numerische Lösung der gekoppelten Maxwell- und Navier-Stokes Gleichungen für ein 2-komponentiges neutrales Edelgas-Plasma (z.B. Argon) und ein nicht-neutrales Plasma (reines Elektronengas).
• verstehen die numerische Implementierung eines PIC-Codes und sind in der Lage, ein Elektronenplasma mit einem PIC-Code zu simulieren.
• sind in der Lage, englische Fachpublikationen und Paper zu lesen, deren Inhalte nachzuvollziehen und umzusetzen.

Die obigen Ziele werden anhand von praktischen Aufgabenstellungen erarbeitet, beispielsweise:

• Simulation der B-Feld-Verteilung in einem invertierten Magnetron, Berechnung der Trajektorien von Elektronen
• Erweiterung eines elektrostatischen PIC-Codes in MATLAB durch ein statisches Magnetfeld
• Simulation eines nicht-neutralen Plasmas in einem invertierten Magnetron im Hochvakuum (HV) und Ultrahochvakuum-Bereich (UHV) mittels eines Particle-in-Cell-Codes (CST Particle Code)