Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6756

The Karlsruhe Dynamo Experiment

U. Müller, R. Stieglitz, S. Horanyi

Abstract
The Karlsruhe Dynamo experiment is aimed at showing that a liquid sodium flow in an array of columnar helical vortices, confined in a cylindrical container, can generate a magnetic field by self-excitation. The flow structures in the liquid core of the Earth are topologically comparable to those being realized within the Karlsruhe test module.

In three test series it has been demonstrated that magnetic self-excitation occurs and a permanent magnetic saturation field develops which oscillates about a well defined mean value for fixed flow rates. Dynamo action is observed as an imperfect bifurcation from a seed magnetic field of the environment. Two quasi-dipolar magnetic fields of opposite direction have been realized. A transition between these two states can be enforced through an imposition of a sufficiently strong external magnetic perturbation on the initially existent dynamo field. These perturbations were induced with the aid of two Helmholtz coils.

A time series analysis of the magnetic field fluctuations shows several characteristic dynamic features which are in agreement with theoretical predictions of models available in the literature.

Das Karlsruher Dynamoexperiment

Zusammenfassung
Das Karlsruher Dynamoexperiment hat gezeigt, dass ein Feld säulenartiger, gegensinnig rotierender Stömungswirbel in einem mit flüssigem Natrium gefülltem Zylinder ein dauerhaftes magnetisches Feld durch Selbsterregung erzeugen kann. Das im Karlsruher Experiment erzeugte Strömungsmuster hat gewisse topologische Ähnlichkeit mit dem im flüssigen Erdkern.

In drei bisher durchgeführten Versuchsreihen erschien beim Überschreiten einer kritischen Strömungsgeschwindigkeit ein Magnetfeld durch Selbsterregung. Beim Überschreiten der kritischen Strömungszustände entwickelte sich ein permanentes, gesättigtes Magnetfeld mit signifikanter Intensität, das um einen definierten Mittelwert oszillierte. Im Experiment stellte sich die magnetische Selbsterregung als imperfekte Verzweigung ein, die sich aus einem Streufeld heraus entwickelte. Es konnten zwei magnetische Dipolfelder mit entgegengesetzter Richtung realisiert werden. Der Übergang zwischen den beiden Zuständen wurde durch ein mit Hilfe externer Helmholtzspulen generiertes Magnetfeld erzwungen, das dem selbsterregten Magnetfeld überlagert wurde.

Eine Analyse der Zeitreihensignale der Magnetfeldfluktuationen hat mehrere charakteristische dynamische Eigenschaften aufgezeigt, die im großen und ganzen mit aus der Literatur bekannten Modelvorstellungen in Einklang stehen.

VOLLTEXT

BIBLIOTHEK