@phdthesis{Ganse2012,
  author    = {Ganse, Urs},
  title     = {Kinetische Simulationen solarer Typ II Radiobursts},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-73676},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Die Emission solarer Typ II Radiobursts ist ein seit Jahrzehnten beobachtetes Ph{\"a}nomen der heliosph{\"a}rischen Plasmaphysik. Diese Radiobursts, die im Zusammenhang mit der Propagation koronaler Schockfronten auftreten, zeigen ein charakteristisches, zweibandiges Emissionsspektrum. Mit expandierendem Schock driften sie zu niedrigeren Frequenzen. Analytische Theorien dieser Emission sagen nichtlineare Plasmawellenwechselwirkung als Ursache voraus, doch aufgrund des geringen Sonnenabstands der Emissionsregion ist die in-situ Datenlage durch Satellitenmessungen {\"a}usserst schlecht, so dass eine endg{\"u}ltige Verifikation der vorhergesagten Vorg{\"a}nge bisher nicht m{\"o}glich war. Mit Hilfe eines kinetischen Plasma-Simulationscodes nach dem Particle-in-Cell Prinzip wurde in dieser Dissertation die Plasmaumgebung in der Foreshock-Region einer koronalen Schockfront modelliert. Das Propagations- und Kopplungsverhalten elektrostatischer und elektromagnetischer Wellenmoden wurde untersucht. Die vollst{\"a}ndige r{\"a}umliche Information {\"u}ber die Wellenzusammensetzung in der Simulation erlaubt es, die Kinematik nichtlinearer Wellenkopplungen genauestens zu untersuchen. Es zeigte sich ein mit der analytischen Theorie der Drei-Wellen-Wechselwirkung konsistentes Bild der Erzeugung solarer Radiobursts: durch elektromagnetischen Zerfall elektrostatischer Moden kommt es zur Erzeugung fundamentaler, sowie durch Verschmelzung gegenpropagierender elektrostatischer Moden zur Anregung harmonischer Radioemission. Kopplungsst{\"a}rken und Winkelabh{\"a}ngigkeit dieser Prozesse wurden untersucht. Mit dem somit zur Verf{\"u}gung stehenden, numerischen Laborsystem wurde die Parameter-Abh{\"a}ngigkeit der Wellenkopplungen und entstehenden Radioemissionen bez{\"u}glich St{\"a}rke des Elektronenbeams und des solaren Abstandes untersucht.},
  subject      = {Heliosph{\"a}re},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Burkart2010,
  author    = {Burkart, Thomas},
  title     = {Der Einfluss des fundamentalen Massenverh{\"a}ltnisses auf die Teilchenbeschleunigung durch Plasmainstabilit{\"a}ten},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-56636},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein dreidimensionaler vollrelativistischer und parallelisierter Particle-in-Cell Code geschrieben, ausf{\"u}hrlich getestet und angewandt. Der Code ACRONYM ist variabel einsetzbar und von der Genauigkeit und Stabilit{\"a}t her State-of-the-Art und somit konkurrenzf{\"a}hig zu den sonstigen in der Astrophysik eingesetzten Codes anderer Gruppen. Die Energie bleibt bis auf einen Fehler von < 0.03\% erhalten, die Divergenz des Magnetfeldes bleibt immer unter einem Wert von 10^{-12} und die Skalierung wurde mittlerweile bis zu einem Clustergr{\"o}ße von einigen 10000 CPUs getestet. In dieser Arbeit wurde dann, nach der Entwicklung des Codes, der Einfluss des fundamentalen Massenverh{\"a}ltnisses m_p/m_e auf die Teilchenbeschleunigung durch Plasmainstabilit{\"a}ten untersucht. Dies ist relevant und wichtig, da in PiC-Simulationen in den allermeisten F{\"a}llen nicht mit dem realen Massenverh{\"a}ltnis gerechnet wird, da sonst viel zu viel Rechenleistung ben{\"o}tigt w{\"u}rde, um zu sehen, was mit den Protonen geschieht und was ihr Einfluss auf die leichten Teilchen wie Elektronen und Positronen ist. Zu diesem Zweck wurden Simulationen mit Massenverh{\"a}ltnissen zwischen m_p/m_e = 1.0 und 200.0 durchgef{\"u}hrt. Diese haben alle gemeinsam, dass periodische Randbedingungen verwendet wurden und das zur Verf{\"u}gung stehende Simulationsgebiet mit jeweils zwei gegeneinander str{\"o}menden Plasmapopulationen vollst{\"a}ndig gef{\"u}llt wurde, um jegliche Art von auftretenden Schocks auszuschließen. Die Rohdaten der einzelnen Simulationen wurden auf vielf{\"a}ltige Art und Weise analysiert, es wurden z.B. Schnitte durch die Teilchenverteilung erstellt, sowie ein- oder zweidimensionale Histogramme und Energieverl{\"a}ufe betrachtet. Dabei haben sich folgende Kernpunkte ergeben: F{\"u}r Massenverh{\"a}ltnisse bis etwa m_p/m_e = 20 bildet sich die gesamte Zweistrom-Instabilit{\"a}t in nur einer Phase aus, das heißt, es bilden sich von ringf{\"o}rmigen Magnetfeldern umgebene Flussschl{\"a}uche aus, die dann verschmelzen, bis nur noch zwei {\"u}brig sind und alle Teilchen werden {\"u}ber den gesamten Verlauf der Instabilit{\"a}t beschleunigt. Es ist damit zu folgern, dass die unterschiedlich schweren Teilchenspezies Protonen und Elektronen/Positronen durch die relativ nahe beieinander liegenden Massen noch so stark gekoppelt sind, dass sich nur eine Instabilit{\"a}t entwickeln kann. Bei großen Massenverh{\"a}ltnissen (m_p/m_e > 20) ist eine deutliche Trennung in zwei Phasen der Instabilit{\"a}t zu erkennen. Zuerst bilden sich wiederum Flussschl{\"a}uche aus, diese verschmelzen miteinander (zu zweien oder mehr), bevor der erste Teil der Instabilit{\"a}t abflaut. Anschließend entstehen wieder ringf{\"o}rmige Magnetfelder und Flussschl{\"a}uche, von denen einer meist deutlich st{\"a}rker ist als all die anderen, das bedeutet, dass dieser von st{\"a}rkeren Magnetfeldern umgeben ist und eine h{\"o}here Teilchendichte aufweist. Im Rahmen dieser zweigeteilten Instabilit{\"a}t werden die Elektronen und Positronen nur in der ersten Phase signifikant beschleunigt, die deutlich schwereren Protonen gewinnen {\"u}ber den gesamten Zeitraum Energie. Die h{\"o}chstenergetischen Teilchen erreichen im Ruhesystem der jeweiligen Plasmapopulation Werte um gamma = 250. Man kann daraus f{\"u}r zuk{\"u}nftige Untersuchungen mit Hilfe von Particle-in-Cell Codes den Schluss ziehen, dass R{\"u}ckschl{\"u}sse auf das tats{\"a}chliche Verhalten beim realen Massenverh{\"a}ltnis von m_p/m_e = 1836.2 nur aus den Simulationen mit m_p/m_e >> 20 gezogen werden k{\"o}nnen, da die starke Kopplung der leichten und schweren Teilchen bei kleineren Massenverh{\"a}ltnissen die Ergebnisse sehr stark beeinflusst. Es wurde anhand der gemessenen Zeitpunkte der Instabilit{\"a}tsmaxima eine Extrapolation durchgef{\"u}hrt, die zeigt, dass die Instabilit{\"a}t beim realen Massenverh{\"a}ltnis etwa bei t = 1400 omega_{pe}^{-1} auftreten w{\"u}rde. Um dies wirklich zu simulieren m{\"u}sste allerdings mehr als die 1000-fache Anzahl an CPU-Stunden aufgewandt werden. Des weiteren wurde eine Maxwell-J{\"u}ttner-Verteilung an die Teilchenverteilungen der einzelnen Simulationen auf dem H{\"o}hepunkt der Instabilit{\"a}t gefittet, um sowohl die neue Temperatur des Plasmas als auch die Beschleunigungseffizienz des Prozesses zu berechnen. Die Temperatur erh{\"o}ht sich demnach durch die Instabilit{\"a}t von etwa 10^8K auf 10^{10} bis 10^{11}K, der Anteil suprathermischer Teilchen betr{\"a}gt 2 bis 4\%.},
  subject      = {Astrophysik},
  language  = {de}
}