Gasentladungs- und Plasmaphysik in Greifswald 

von Prof. Dr. Alfred Rutscher

Nachdem an der damals bereits 400 Jahre alten Greifswalder Universität in der Mitte des 19. Jahrhunderts die Physik durch Errichtung eines eigenen Lehrstuhles (29.6.1853) und die Gründung des Institutes (12.5.1857) als selbständiges Fach etabliert war, vergingen noch mehrere Jahrzehnte, bis auch auf diesem Gebiet die kleine Provinzial-Universität den internationalen Standard erreicht hatte. Die materielle Voraussetzung bestand dafür in der Errichtung eines neuen und modernen Institutsgebäudes, das wiederum Voraussetzung für die Berufung international bedeutender Forscher und Lehrer war. Das neue Institut wurde 1889-1891 erbaut. Sein erster Direktor von anerkannt internationalem Zuschnitt wurde Gustav MIE 1905-1917. Dessen Nachfolger im Amt war Johannes STARK, der zu den führenden Gaselektronikern seiner Zeit zählte und mit diesem Spezialgebiet jenes Profil der Greifswalder Physik begründete, welches bis in die Gegenwart hinein ihr bestimmendes blieb. Bereits 1902 hatte STARK die Gaselektronik erstmals in einer umfassenden Monographie dargestellt. 1913 gelang ihm mit dem Nachweis der Aufspaltung von Spektrallinien im elektrischen Feld einer Gasentladung seine experimentelle Meisterleistung, für die er 1919 in Greifswald den NOBEL-Preis erhielt. 

Der eigentliche Stammvater der Greifswalder Gasentladungs- und Plasmaphysik wurde jedoch Rudolf SEELIGER, den STARK Ende 1918 nach Greifswald holte. STARK selbst verließ die alte Hansestadt bereits wieder nach vierjährigem Aufenthalt. 

Schon mit dem Thema seiner preisgekrönten Dissertation bei Arnold SOMMERFELD in München hatte SEELIGER 1909 das Forschungsgebiet gefunden, welches sein gesamtes wissenschaftliches Leben bestimmte: Die Physik des elektrischen Stromes im Gas. Eine erste fundamentale Entdeckung auf diesem Gebiet gelang ihm zusammen mit Ernst GEHRCKE 1912 an der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt, nämlich der Nachweis, das die Anregung von Spektrallinien beim Stromfluß durch Gase gewisse charakteristische Mindestenergien der Elektronen erfordert. Die GEHRCKE-SEELIGERschen Elektronenstoßexperimente bewiesen erstmalig die Existenz diskreter Energieniveaus in den Atomen und stellten objektiv einen Vorläufer der berühmten FRANCK-HERTZschen Stoßversuche dar, für die 1925 ein NOBEL-Preis vergeben wurde. 

Mit der Berufung an die Universität Greifswald fand SEELIGER die Wirkungsstätte seines Lebens. Es war eine Berufung auf Lebenszeit. Als er nach vier Jahrzehnten hier in den offiziellen Ruhestand trat, gehörte er zum engeren Kreis der Pioniere der modernen Gasentladungsphysik und Greifswald zum Kreis der wissenschaftlichen Zentren dieses Gebietes. Gelegentlich wurde in diesem Zusammenhang in Anlehnung an das Mekka der Atomphysik: --Kopenhagen--, von Greifswald als einem Mekka der Gasentladungsphysik gesprochen. 

Die Leistungsfähigkeit der SEELIGERschen Schule der Gaselektronik hatte mehrere Wurzeln, die alle der weitsichtigen Diktion ihres Gründers und Leiters entstammten. 

  • Erstens ging es darum, den enormen Fortschritt, den die Entwicklung der Quantenphysik, speziell des BOHRschen Atommodelles darstellte, für das Verständnis der vielfältigen und zumeist extrem komplexen Phänomene des elektrischen Stromes im Gas auszunutzen, d. h. die Theorie dieses Gebietes auf eine sichere mikrophysikalische bzw. kinetische Grundlage zu stellen und die engen Grenzen der überwiegend phänomenologisch orientierten klassischen Gasentladungsphysik zu überwinden. 
  • Eine zweite entscheidende Aufgabenstellung bestand in der Gewinnung systematischer und sicherer experimenteller Daten und Kenngrößen, die das vorliegende, oft nur der Größenordnung nach bekannte Zahlenmaterial ablösen und ergänzen konnte. 
  • Und drittens kam es darauf an, das sich bereits klar abzeichnende große technische Potential der Anwendungen elektrischer Gasentladungen ständig im Auge zu behalten und die aus der Grundlagenforschung erhaltene Erkenntnis dafür einzusetzen. 
Zu allen drei Aufgabenstellungen haben SEELIGER, seine Schüler und seine Mitarbeiter bedeutende Beiträge geliefert. Beispiele dafür sind: 
  • Einführung des Begriffes Anregungsfunktion der Spektrallinien bei Elektronenstößen und ihre erstmalige experimentelle Bestimmung (SEELIGER, MIERDEL, 1919/1920) 
  • Erste systematische Messung der Elektronentemperaturen und der elektrischen Feldstärken in Edelgas-Niederdruckentladungen (SEELIGER, HIRCHERT, ALTERTHUM, ROMPE 1928-1932) 
  • Entwicklung der Xenon-Hochdrucklampe (SCHULZ 1948/1949). 
Für den Erhalt und die Förderung der Gasentladungsphysik in Greifswald waren die Autorität und Seßhaftigkeit SEELIGERs nach dem Ende des II.Weltkrieges von großer Bedeutung. Da mit Robert ROMPE und Max STEENBECK zwei weitere führende DDR-Wissenschaftler Plasmaphysiker waren, erfreute sich dieses Gebiet auch einer landesweiten Beachtung. Die Gründung des neuen Laboratoriums für Gasentladungsphysik in Greifswald durch Paul SCHULZ 1946 und seine spätere Überführung in die Deutsche Akademie der Wissenschaften durch SEELIGER ergaben eine beachtliche Leistungssteigerung vor Ort, zumal das neue Laboratorium sich schnell zu einer Einrichtung von Institutsgröße entwickelte. 

Kennzeichnend für die Nach-SEELIGERsche Ära der Greifswalder Gaselektronik war die bewußte Fortsetzung der Kontinuität als Randbedingung einer strikten Konzentration auf wenige aktuelle Themen. Solche Schwerpunkte waren z.B.: 

  • Modellierung anwendungsnaher Plasmen bei ständig steigenden Ansprüchen an die Berücksichtigung realistischer Betriebsbedingungen. Ein Schlüsselproblem bildete dabei die Erzielung einer neuen Qualität in der Beherrschung der Elektronenkinetik des Plasmas, z.B. unter instationären und inhomogenen Bedingungen. 
  • Untersuchung reaktiver Molekülplasmen, speziell in ihrer Wechselwirkung mit Festkörperoberflächen (Plasma-Wand-Wechselwikung). Damit wurde der Anschluß der Forschung an eine der großen Perspektiven des Gebietes in der 2.Hälfte des 20.Jahrhunderts erreicht, -an die Plasmachemie-, mit einem breiten Themenspektrum von der Gewinnung zugehöriger Moleküldaten bis zur Konstruktion maßgeschneiderter Plasmareaktoren. 
Zu einer anderen faszinierenden Perspektive, - der fusionsorientierten Plasmaphysik -, wurde mit Blick auf die bescheidenen eigenen materiellen Voraussetzungen der gebührende Abstand gehalten. 
Als wesentlich neu aufgenommene Themenbereiche können für diesen Zeitraum die Theorie dichter, nichtidealer Plasmen (in enger Kooperation mit der Universität Rostock) und Untersuchungen zur nichtlinearen Dynamik des Plasmas genannt werden. 

Insgesamt ergaben sich für den Fortbestand der Greifswalder Gaselektronik nach der deutschen Vereinigung günstige Bedingungen. Belege dafür sind die Einrichtung des Sonderforschungsbereiches 198 "Kinetik partiell ionisierter Plasmen" sowie die Ansiedelung außeruniversitärer Institute. Der SFB 198 befindet sich gegenwärtig in seiner dritten Bearbeitungsphase und ist der erste und bisher einzige in Mecklenburg-Vorpommern. 


Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß die Gasentladungs- und Plasmaphysik in Greifswald gegenwärtig an der Universität und den ansässigen Instituten der LEIBNIZ-Vereinigung sowie der Max-PLANCK-Gesellschaft über ein beachtliches Potential in allen drei Basisbereichen verfügt: dem 
  • Niedertemperaturplasma, dem 
  • Hochtemperaturplasma und der 
  • Plasmatechnologie. 
Dieses Potential ist vor Ort durch eine lange Geschichte verwurzelt. 

Kürzlich hat das Institut für Niedertemperatur-Plasmaphysik hier einen modernen und großzügigen Neubau bezogen. Der Neubau des für Greifswalder Verhältnisse gewaltigen MPG-Teilinstitutes mit dem Stellarator-Fusionsexperiment "Wendelstein 7X" steht kurz vor dem Abschluß. Für die universitäre Physik ist langfristig ein Neubau im geplanten Campus vorgesehen. 
Als am Ende des vergangenen Jahrhunderts die Greifswalder Physik einen ersten Neubau erhielt, war dies die entscheidende Voraussetzung und Chance für ihren Anschluß an den internationalen Standard und den Aufbau eines gaselektronischen Zentrums. 
Daß die genannten Institutsneubauten am Ausgang unseres Jahrhunderts eine gute Chance für ein "neues Mekka" der Gaselektronik in Greifswald darstellen, dürfte durchaus nicht abwegig erscheinen. 

Prof. Dr. Alfred Rutscher, Greifswald 1999 

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B. Krames, 13.5.2000