Wie Alfven-Zahl MA berechnen Plasma MHD magnetische Wellen
Berechne Alfven-Zahl MA = v/vA = v*sqrt(mu0*rho)/B dimensionsloses Verhältnis Plasma MHD Strömungsgeschwindigkeit vs Alfven-Geschwindigkeit. MA<<1 magnetisch dominant; MA>>1 kinetisch. Hannes Alfven Schweden Nobel 1970. Sonnenwind + Tokamak + IPP + W7-X.
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Wie die Alfven-Zahl (MA oder Alfven-Mach-Zahl) berechnen grundlegendes dimensionsloses Verhältnis Magnetohydrodynamik MHD und Plasmaphysik das das Verhältnis zwischen Strömungsgeschwindigkeit und Alfven-Wellengeschwindigkeit misst: MA = v / vA wo vA = B / sqrt(mu_0 * rho) Alfven-Geschwindigkeit m/s. v Plasma-Strömungsgeschwindigkeit m/s (Sonnenkorona 100-1000 km/s; Sonnenwind 400-800 km/s; Tokamak 1-10 km/s; Ionosphäre 100-1000 m/s); B Magnetfeld T (Sonnenoberfläche 1e-4 bis 0.4; Sonnenwind 5e-9; Tokamak 5-15 T ITER; Erde 3e-5; Labor Plasma 0.1-10); rho Massendichte kg/m^3 (Korona 1e-12; Sonnenwind 1e-20; Tokamak 1.6e-7; Ionosphäre 1e-12; Labor 1e-9 bis 1e-5).
Alfven-Geschwindigkeit vA: vA = B / sqrt(mu_0 * rho) + mu_0 = 1.257e-6 T*m/A Vakuumpermeabilität + vA km/s typisch Korona 1000-2000 + Sonnenwind 30-80 + Tokamak 6e6; vA praktische Einheiten vA = 21.84 * B[T] / sqrt(rho[kg/m^3]) m/s.
Alfven-Wellen: transversale Wellen B oszilliert senkrecht zu B_0 + Ausbreitung entlang B_0 mit Geschwindigkeit vA + Hannes Alfven 1942 Nature 150:405 klassisch.
MHD-Regimeklassifikation: MA<0.1 sub-Alfvenisch Magnetfeld dominant + Frozen Flux Alfven; 0.1<MA<1 sub-Alfvenisch magnetisch dominant; 1<MA<10 trans-Alfvenisch Übergang Schock; MA>10 super-Alfvenisch kinetisch dominant.
Ideale MHD-Gleichungen: Kontinuität drho/dt + div(rho*v) = 0; Impuls rho*dv/dt = -grad(p) + (J x B) + rho*g; Induktion dB/dt = curl(v x B) - eta*nabla^2(B).
Verwandte MHD-Zahlen: magnetisches Reynolds Rm = v*L/eta; magnetisches Prandtl Pm = nu/eta; Hartmann Ha; Plasma beta = 2*mu_0*p/B^2; Lundquist S = vA*L/eta.
Frozen-in-Flux-Theorem Alfven: ideales Plasma Rm>>1 magnetische Feldlinien bewegen sich mit der Flüssigkeit + Alfven 1942 Erhaltung.
Magnetische Rekonnexion: Region endlicher Resistivität + Sweet-Parker 1958 + Petschek 1964 + Tearing-Instabilität + Sonnenflares. Geschichte: Hannes Olof Gösta Alfven (Norrköping Schweden 1908 - Djursholm 1995) KTH Stockholm 1940-1973 + UC San Diego 1967-1991; 1942 Nature 150:405 Alfven-Wellen klassisch + 1950 'Cosmical Electrodynamics' Oxford 237 Seiten + 1981 'Cosmic Plasma' Reidel; Nobelpreis Physik 1970 'fundamentale Arbeit in Magnetohydrodynamik' geteilt mit Louis Néel; Pionier Plasma-Astrophysik + Magnetosphäre + Doppelschichten + Alfven-Zahl namensgebend + Royal Society 1980 + Hannes-Alfven-Preis EU Plasma Physics Society jährlich seit 2000.
Lyman Spitzer Jr (1914-1997) Princeton 1947-1997 Gründer PPPL 1951; 1962 'Physics of Fully Ionized Gases' Wiley 170 Seiten klassisch + 1958 Stellarator Princeton Erfindung + Spitzer-Resistivität 1953 + 1946 Hubble Erstvorschlag + Bruce Medal 1973 + Crafoord 1985.
Igor Tamm (1895-1971) Moskau Lebedew; 1957 Sacharow-Tamm Tokamak-Vorschlag + Nobelpreis 1958 Tscherenkow-Frank-Tamm.
Andrei Sacharow (Moskau 1921-1989) Lebedew + 1968 Dissident Friedensnobelpreis 1975; 1950 Sacharow-Tamm Tokamak toroidale magnetische Eindämmung + klassische Referenz Fusion + Tokamak russische Abkürzung 1957 + ITER international 1985 Reagan-Gorbatschow + Vater der sowjetischen H-Bombe 1953. Erbe: Priest 'Solar MHD' 1982 Reidel 469 + Goedbloed-Poedts 2004 Cambridge 613 + Biskamp 1993 Cambridge 392 + Wesson 'Tokamaks' 4. 2011 OUP 800 + Freidberg 'Ideal MHD' 1987 Plenum + Boyd-Sanderson 2003 Cambridge 555 + Kulsrud 2005 Princeton 459.
Deutschland Forschung Plasma + Fusion + Astrophysik: Max-Planck-Institut für Plasmaphysik IPP Garching + Greifswald 1100 weltführend + ASDEX Upgrade Tokamak Garching + Wendelstein 7-X Stellarator Greifswald weltführend; Forschungszentrum Jülich FZJ 5500 + plasma physics; KIT Karlsruhe Institute of Technology 9300 + ITER + IFK; Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf HZDR 1500 + plasma; DESY Hamburg 2700; GSI Darmstadt 1500; Max-Planck-Institut Astrophysik MPA Garching 200 weltführend Astrophysik; Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik MPE Garching 350 + Reinhard Genzel Nobelpreis 2020 + Neutron stars; Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung MPS Göttingen 300 + Solar Orbiter MAG + PHI; Max-Planck-Institut für Radioastronomie MPIfR Bonn 220 + Effelsberg 100m Radioteleskop; DLR Köln + Oberpfaffenhofen 10000; EU Eurofusion Garching 250.
Deutschland Universitäten Plasma + Astrophysik: TU München 50000 + IPP Garching collaboration + Hartmut Zohm ASDEX world-leading; LMU München 53000; Universität Stuttgart IPF 30000; Universität Greifswald IPP 12000 + W7-X Stellarator world-leading; Universität Bochum AEPT 41000; Universität Bayreuth 13000; Universität Heidelberg MPI Astrophysik 30000; Universität Bonn MPIfR 38000; Universität Göttingen MPS 30000; Universität Potsdam AIP Leibniz 22000 + Astrophysikalisches Institut; Universität Tübingen 28000; RWTH Aachen 47000; FU Berlin 33000.
Deutschland Industrie Fusion + ITER + Tokamak: Siemens Energy Erlangen 96000 + ITER power supplies; Bilfinger Mannheim 30000 + ITER engineering; SCANCO Medical 100; Bruker Karlsruhe 8000 + magnets; Vacuumschmelze Hanau 4500 + ITER NbTi NbTi3Sn superconductors; Linde Engineering Munich 7500 + cryogenics ITER world-leading + LH2 LHe; ThyssenKrupp Marine 6000; Cassidian Defense Munich 11000.
Deutschland Industrie Astrophysik + Raumfahrt: Airbus Defence Munich Ottobrunn 134000 + Solar Orbiter ESA + JUICE BepiColombo Aeolus + James Webb mirrors; OHB System Bremen 3000 + Galileo + space; DLR Cologne 10000; EUMETSAT Darmstadt 1100; Astrium Friedrichshafen 8000 + space; Tesat-Spacecom Backnang 1300 + space communication; Jena-Optronik Jena 200 + star sensors.
Deutschland Industrie Radio + Mikrowelle + Plasma: Rohde+Schwarz München 13000 + microwave + plasma diagnostics; Hensoldt Taufkirchen 6500 + radar plasma; Airbus Defence 134000.
Alfven-Formel
Definition: MA = v/vA wo vA = B/sqrt(mu_0*rho).
Alfven-Geschwindigkeit: vA = 21.84*B/sqrt(rho) m/s praktisch.
MHD-Zahlen: Rm = v*L/eta; Pm; S = vA*L/eta; Plasma beta.
Typische Werte: Korona MA=0.11; Sonnenwind MA=9.2; Tokamak MA=1.7e-3.
Geschichte und Kontext
Hannes Alfven (Norrköping 1908 - Djursholm 1995) KTH Stockholm 1940-1973 + UC San Diego 1967-1991; 1942 Nature 150:405 Alfven-Wellen + 1950 'Cosmical Electrodynamics' Oxford 237 + 1981 'Cosmic Plasma' Reidel; Nobelpreis Physik 1970 Magnetohydrodynamik mit Louis Néel; Pionier Plasma-Astrophysik + Alfven-Zahl namensgebend + Royal Society 1980 + Hannes-Alfven-Preis jährlich 2000.
Lyman Spitzer Jr (1914-1997) Princeton + PPPL 1951 + Stellarator 1958 + Hubble 1946.
Igor Tamm (1895-1971) + 1957 Sacharow-Tamm + Nobelpreis 1958.
Andrei Sacharow (1921-1989) + 1950 Tokamak + Friedensnobelpreis 1975. Erbe: Priest 1982 + Goedbloed-Poedts 2004 + Wesson 2011 + Freidberg 1987 + Kulsrud 2005.
Deutschland Forschung: IPP Garching + Greifswald 1100 weltführend + ASDEX Upgrade + Wendelstein 7-X weltführend; FZJ 5500; KIT 9300 + ITER; HZDR 1500; DESY 2700; GSI 1500; MPA Garching 200 weltführend Astrophysik; MPE Garching 350 + Genzel Nobelpreis 2020; MPS Göttingen 300 + Solar Orbiter; MPIfR Bonn 220 + Effelsberg 100m.
Universitäten: TU München 50000 + Hartmut Zohm ASDEX weltführend; LMU München 53000; Stuttgart IPF 30000; Greifswald IPP 12000 + W7-X weltführend; Bochum AEPT 41000; Heidelberg 30000; Bonn MPIfR 38000; Göttingen MPS 30000; Potsdam AIP 22000.
Industrie Fusion ITER: Siemens Energy 96000; Bilfinger 30000; Bruker 8000 Magnete; Vacuumschmelze 4500 ITER NbTi Nb3Sn; Linde Engineering 7500 Kryogenik ITER weltführend.
Astrophysik Raumfahrt: Airbus Defence Ottobrunn 134000 Solar Orbiter JUICE JWST; OHB Bremen 3000; DLR 10000; EUMETSAT 1100; Astrium 8000; Tesat-Spacecom 1300; Jena-Optronik 200.
Alfven-Tabelle
- MA = v/vA
- vA = B/sqrt(mu_0*rho)
- MA<0.1: ultra sub-Alfvenisch
- MA>10: super-Alfvenisch
- Plasma beta
5 numerische Beispiele
- Sonnenkorona: v=100 + vA=890 + MA=0.11.
- Sonnenwind 1 AE: v=450 + vA=49 + MA=9.2.
- Tokamak ITER: v=10 + B=5 + vA=11000 + MA=9.1e-4.
- Ionosphäre: v=500 m/s + MA=1.9e-5.
- Labor W7-X: v=10 + B=0.1 + MA=0.011.
Grenzen
Ideale MHD + Plasma beta + Kompressibilität + Anisotropie.
Häufige Fehler
- MA und beta verwechseln.
- Mu_0 Einheiten SI Gauß.
- Hall MHD Skala.
- Ionen Elektronen Masse.
- Magnetosonisch unterscheiden.
Anwendungen
- Koronaheizung: Alfven-Wellen MPS Göttingen Solar Orbiter.
- Sonnenwind: MPS + ESA.
- Fusion Tokamak: ASDEX Upgrade IPP Garching weltführend.
- Stellarator W7-X: IPP Greifswald weltführend.
- Magnetosphäre: Cluster ESA.
- AGN Jets: MPIfR Effelsberg.
- Akkretionsscheiben: schwarze Löcher MPA.
- Interstellares Medium: galaktische Felder.
- Weltraumwetter: Flares CME DLR.
- Laborplasma: ASDEX W7-X weltführend.
Aktualisiert im Juli 2026
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