Das Schwerpunktprogramm ist multidisziplinär aufgebaut mit den interdisziplinär verwobenen Schwerpunkten:-- Physik und Chemie von Ozean, Eis und Atmosphäre -- Geowissenschaften -- Biowissenschaften. Die Polarregionen sind von großer Bedeutung für moderne Umweltforschung sowie für die Beurteilung von zukünftigen Klimaänderungen und ihren Folgen. Da die Reaktionen in den Polargebieten schneller erfolgen als in temperierten oder tropischen Zonen, gelten sie als Schlüsselgebiete der Erde. Dies gilt auch für die Lithosphärenforschung sowie für die Erforschung von globalen Klimaereignissen, Ozeanen und der Ökologie. Zudem beeinflussen sie das globale Wettergeschehen und den Wärmehaushalt. Während der letzten 45 Millionen Jahre ist Antarktika durch die Plattentektonik klimatisch und ozeanografisch isoliert worden. Der daraus resultierende Klimaeinfluss schuf den antarktischen Zirkumpolarstrom und die Vereisung beider Pole. Dieser Zirkumpolarstrom bildet das größte Zirkulationssystem der Erde. Er beeinflusst die Bildung von antarktischem Tiefenwasser und ist die Heimat für produktive Meereslebensgemeinschaften, die sich an die Extrembedingungen angepasst haben. Im Weddell- und Rossmeer schieben sich die Schelfeise hunderte Kilometer in das Meer hinaus, wobei die physikalischen und biologischen Prozesse unter ihnen unerforscht sind. Das Wasser unter dem Schelfeis besitzt hohe Dichten und fließt den Hang hinunter, um sich in die Tiefsee zu ergießen, wo es wiederum alle Weltmeere durchströmt. Die natürlichen Schwankungen des Erdklimas sind in marinen Sedimenten und in Eiskernen Grönlands und Antarktikas gespeichert. Überraschende Ergebnisse deutscher Forscher zeigten, dass Klimaumschwünge in Zeitskalen von nur Jahren oder Dekaden erfolgten. Ein anderer Aspekt der Klimaforschung betrachtet die Abnahme des polaren Ozons. Kontinuierliche Messungen belegen, dass die Ozonabnahme einhergeht mit einer Zunahme des schädlichen UV-B. Bedingt durch ihre Geschichte und Lage haben sich gerade an den Polen spezielle Habitate ausgebildet, die besonders empfindlich auf solche Störungen reagieren. Deshalb können Klimaänderungen und ihre Auswirkungen hier eher erkannt werden als in anderen Ökosystemen. Zusätzlich stellt die Antarktis mit ihren Organismen einen wichtigen Anteil der Biodiversität. Polarforschung muss deshalb eine Sonderrolle zukommen bei Themen wie z.B. Kontinententstehung und -zerfall, Klimaarchiv und Sensitivität gegenüber Umweltveränderungen.
Das Experiment soll Kernfragen der Fusionsforschung unter Fusionsanlage kraftwerksaehnlichen Bedingungen untersuchen. Dazu sind wesentliche Plasmaeigenschaften, vor allem die Plasmadichte, der Plasmadruck und die Belastung der Waende, den Verhaeltnissen in einem spaeteren Fusionskraftwerk angepasst. Eines der wesentlichen Probleme ergibt sich aus der Wechselwirkung zwischen dem heissen Brennstoff und den umgebenden Waenden. Dabei wird einerseits die Wand der Plasmakammer beschaedigt und andererseits das Plasma unerwuenscht verunreinigt. Um dem entgegenzuwirken, untersucht ASDEX Upgrade eine spezielle Magnetfeldanordnung, einen Divertor. Der Divertor lenkt die aeussere Randschicht des Plasmas auf Prallplatten ab. Die Plasmateilchen treffen dort abgekuehlt und vom heissen Zentrum entfernt auf und werden abgepumpt. Auf diese Weise werden auch stoerende Verunreinigungen aus dem Plasma entfernt, zugleich wird die Wand des Plasmagefaesses geschont und eine gute Waermeisolation des Brennstoffes erreicht. Die durch den Divertor moegliche Modellierung des Plasmarandes erlaubt es damit, die zentralen plasmaphysikalischen Problemfelder -Plasmareinheit, Plasmaeinschluss und Plasma-Wand-Wechselwirkung - guenstig zu beeinflussen. Seit April 1997 ist ein verbesserter Divertor in Betrieb, der auf der Basis der bisherigen Experimente und numerischer Modellierungen entworfen wurde. Der neue Divertor II besitzt vertikale Prallplatten, die die auftreffende Leistung besser verteilen und die Plasmateilchen auch staerker in das Plasma zurueck reflektieren. Damit erarbeitet ASDEX Upgrade wesentliche Kenntnisse fuer den naechsten Schritt auf dem Weg zu einem Fusionskraftwerk - den Testreaktor ITER, der erstmals ein gezuendetes Plasma realisieren soll. Die an ASDEX Upgrade beobachtete starke Kopplung des Plasmainneren mit den Bedingungen am Plasmarand macht es auch moeglich, das Plasmazentrum vom Rand her zu optimieren und den Einschluss zu verbessern. Zusaetzlich wird untersucht, inwieweit Betriebsweisen, bei denen das Profil des Plasmastroms beeinflusst wird ('advanced tokamak'), mit dem Divertor vertraeglich sind. Hierzu wird mit Hochfrequenzwellen oder Teilcheneinschuss ein zusaetzlicher Plasmastrom erzeugt. Je nach Stromprofil kann eine Transportbarriere entstehen die die Plasmaverluste nach aussen stark verringert und die Werte im Plasmazentrum verbessert. ASDEX Upgrade wird versuchen, solche Bedingungen im Divertorbetrieb erstmals quasi stationaer (d.h. fuer einige Sekunden) zu erzeugen.
In diesem Teilprojekt sollen die im Verbundprojekt SIMPLEX eingesetzten Schichtabscheidungssysteme hinsichtlich (i) ihrer chemischen Zusammensetzung untersucht werden, (ii) die zeitliche Entwicklung der Plasmateilchen im Abscheideprozess beobachtet und (iii) die räumliche Verteilung der Plasmateilchen im Prozessraum gemessen werden. Mit den Kenntnissen aus dieser Messungen sollen dann Regelverfahren für industrielle Produktionsanlagen ermitteln werden, die den Schichtabscheideprozess zeitlich und räumlich stabilisieren. Zielgebend ist dabei die Verringerung der Herstellkosten von Solarzellen auf der Basis der Abscheidetechnologie von Al2O3 und Si3N4, um nachhaltig wettbewerbsfähig zu sein. Innerhalb des Verbundprojektes sollen zunächst die Konzepte und Schichtabscheidungssysteme auf verschiedene Weise durch die Projektpartner analysiert und auf Produktionstauglichkeit überprüft werden, um sie dann im Folgenden in die Produktion zu überführen. Dabei sollen die notwendigen Modifikationen an einzelnen Bauteilen der heute verwendeten Beschichtungsanlagen erarbeitet und durchgeführt werden. Innerhalb dieses Teilvorhabens sollen dazu spektroskopische Messungen in Echtzeit mit einem Plasmamonitorsystem an der Entwicklungsanlage und an der Produktionsanlage durchgeführt werden. Hierbei kommt ein Mehrkanalsystem zum Einsatz (3-4 Kanäle), um auch die räumliche Verteilung der Plasmateilchen zu erfassen. Nach der Analyse der zeitlichen und räumlichen Messdaten wird ein Regelkonzept zur Stabilisierung des Prozessplasmas erarbeitet und an der Produktionsanlage des Verbundpartners überprüft und optimiert.
Innerhalb des SIMPLEX-Verbundvorhabens soll im SINGULUS-Teilvorhaben Erstellung PECVD-Plasmareaktor und Analyse des Plasmaprozesses insbesondere an der Beschichtungstechnik für die plasmagestützte Abscheidung von Schichten oder Schichtsystemen gearbeitet werden. Die Arbeiten konzentrieren sich auf Si-Nitrid und Al-Oxyd, die als Passivierschichten für kristalline Solarzellen insbesondere bei hocheffizienten Strukturen wie PERC-Zellen Verwendung finden. Im Vordergrund dieses Teilvorhabens steht die wissenschaftliche Untersuchung der Vorgänge in PECVD (Plasma-Enhanced-Chemical-Vapour-Deposition) Prozessen. Die Zusammenhänge zwischen der Plasmaerzeugung, der Umsetzung der beteiligten Gase im Plasma und die Vorgänge, die zur Schichtbildung auf dem Substrat führen, sollen mittels in-situ Analytik eingehend untersucht werden. Das Ziel ist die Optimierung einerseits des Plasmabeschichtungsreaktors und andererseits der Schichtqualität. Folgende Arbeiten werden durchgeführt:-Analyse des aktuellen Standes der Beschichtungstechnik für passivierende Al2O3-/SiNx-Schichten hinsichtlich der Schichteigenschaften und der Kostenstruktur bei der Herstellung -Analyse des aktuell eingesetzten Plasmabeschichtungsreaktors (SINGULAR-Waferbeschichtungsanlage) -Aufbau eines experimentellen Versuchsreaktors -Experimentelle Ermittlung der Plasmabedingungen und -erzeugung für beschichtende und nichtbeschichtende Gase unter Verwendung der von den Partnern entwickelten in-situ Analytik -Durchführung von Plasmamodellierungen und Berechnungen der Gasströmung im Reaktor -Abgleich der experimentellen Daten mit den Ergebnissen der innerhalb des Gesamtvorhabens durchgeführten Plasmamodellierungen -Untersuchungen der Schichtbildung und der Schichteigenschaften -Optimierung des Reaktors hinsichtlich Gas- und Energieverbrauch -Kontrolle des Beschichtungsprozesses mittels der in-situ Analytik -Optimierung des Reaktors für stabile räumliche und zeitliche Schichtabscheidung.