Techniklexikon

Plasmaphysik

Plasmaphysik, Magnetohydrodynamik, Teilgebiet der Physik, das sich mit dem Plasmazustand (Plasma) der Materie beschäftigt. In ihrer modernen Form ist sie eine recht junge Disziplin (die Anfänge liegen in den fünfziger Jahren), zu deren Entwicklung eine Reihe anderer Forschungsgebiete beigetragen hat, z.B. das Studium von Gasentladungen, die Magnetohydrodynamik und die kinetische Theorie.

I. Langmuir führte 1923 im Rahmen seiner Untersuchungen ionisierter Gase den Begriff Plasma ein. 1929 entdeckte er zusammen mit L. Tonks, dass bei einer Entladung Bereiche entstehen können, wo die Elektronen anfangen, periodisch zu schwingen (Plasmaschwingungen). Es dauerte allerdings bis zum Jahr 1952, in dem D. Bohm und D. Pines das kollektive Verhalten von Elektronen in Metallen nachweisen konnten, ehe der Begriff Plasma vollends akzeptiert wurde.

Die Anfänge der Magnetohydrodynamik reichen bis zu den Arbeiten Faradays und Ampères zurück, aber erst in der dreissiger Jahren, als neue solare und geophysikalische Phänomene entdeckt wurden, studierte man die Wechselwirkungen zwischen Magnetfeldern und ionisierten Gasen genauer. 1942 führte der schwedische Physiker H. Alfvén das Konzept der magnetohydrodynamischen Wellen ein (Alfvén-Welle), für das er 1970 den Nobelpreis erhielt.

Beide Zugänge - die Gasentladungsphysik und die Magnetohydrodynamik - wurden in der kinetischen Theorie zusammengefasst. Diese Theorie besagt, dass Plasmen genau wie Gase aus sich zufällig bewegenden Teilchen bestehen, die sowohl über Stösse als auch elektromagnetisch miteinander wechselwirken. H.A. Lorentz übertrug die kinetische Gasgleichung von Boltzmann auf das Verhalten von Elektronen in Metallen, und in den dreissiger und vierziger Jahren wurde die kinetische Theorie erfolgreich ausformuliert. In den fünfziger Jahre setzte dann eine intensive Erforschung des Plasmazustandes selbst ein, motiviert durch die Weltraumforschung, neue Erkenntnisse über die Bedeutung von Magnetfeldern in der Astrophysik und die Suche nach thermonuklearen Energiequellen.