Planetare, stellare und galaktische Magnetfel­der werden durch Selbsterre­gung in strömenden, elektrisch leitfähigen Fluiden erzeugt. Im Jahr 1999 wurde dieser hydromagnetische Dynamoeffekt im Rigaer Dynamoexperiment nachgewiesen. Mit numerischen Simula­tionen, der Entwick­lung von Messtechnik und umfangreichen Datenauswer­tungen war unsere Abtei­lung maßgeblich am Erfolg dieses unikalen Experiments beteiligt.

Flüssigmetalle bieten beim Einsatz in Energiespeichern und bei der Energieumwand­lung eine Reihe von Vorteilen: kostengünstige Herstel­lungs­verfahren, hohe Zyklenzahlen und gute Skalierbar­keit.

Der Versuchsstand LIMMCAST dient der Untersuchung kontinuierlicher Gießprozesse von Metallen und der Anwendung geeigne­ter elektromagnetischer Fel­der zur Optimie­rung dieser Prozesse.

Die Kenntnis der Strömung oder der Gas­vertei­lung in flüssigen Metallen ist sowohl für Experimente im Labor als auch für industrielle Anwendung von großer Bedeu­tung. Aufgrund der Lichtundurchlässig­keit dieser Fluide können etablierte optische Methoden nicht eingesetzt werden. Zusätzlich stellt die Korrosivität und die hohen Temperaturen der Schmelzen große Herausforde­rungen an die Messtechnik.

Kontrasttechniken auf der Basis von Röntgenabsorption sind ein wichtiges diagnostisches Werkzeug, um Erstar­rungs­prozesse oder Flüssigmetall-Zweiphasenströmungen in metallischen Legie­rungen zu untersuchen. Die Röntgenvisualisie­rung ermöglicht ein allgemeines, intuitives Verständnis von Strömungs­phänomenen oder Musterbildung in opaken flüssigen Metallen.

Die physikalische Modellie­rung von Kristallwachstumsprozessen bietet einen greifbaren Einblick in wichtige Prozessabläufe. Die numerische Simulation des Wärme- und Stofftransports bietet ein großes Potenzial zur Optimie­rung der zugrunde liegenden Prozesse, insbesondere der Steue­rung der Strömung ­mittels Magnetfeldern. Durch die Kombination bei­der Ansätze kann man Vorteile addieren und Unzulänglich­keiten beseitigen.

Die Tayler Instabilität begrenzt die Skalierbar­keit von Flüssigmetallbatterien und spielt eine wichtige Rolle in der Astrophysik.

Kosmische Magnetfel­der spielen eine erstaunlich aktive Rolle in der kosmischen Strukturbildung. Ver­mittels der Magnetorotations­instabilität (MRI) beschleunigen sie den nach außen gerichteten Drehimpulstransport und den nach innen gerichteten Massentransport, welcher für das Wachstum von Protosternen und Schwarzen Löchern notwendig ist. Am PROMISE-Experiment werden zwei spezielle Versionen der MRI, die helikale MRI und die azimutale MRI, untersucht.

Magnetische Kontrolle von Stofftransport und Konvektion in elektrochemischen Prozessen

Flüssigmetall-Zweiphasenströmungen sind von besonderer Bedeu­tung für viele Prozesse in der Metallurgie und beim Metallgießen. Zum Beispiel beruht die sekundärmetallurgische Behand­lung von flüssigem Stahl auf der Injektion von Spülgas zur Verbesse­rung der Stahlreinheit. Ziele sind eine effektive Homogenisie­rung und die Abscheidung von Verunreini­gungen durch Flotation.