BuMa_2010_04 - Deutsche Bunsengesellschaft für Physikalische ...

DEUTSCHE BUNSEN-GESELLSCHAFT
Abb. 8. Blick in das Plasmagefäß der Versuchsanlage ASDEX des Instituts
für Plasmaphysik der MPG in Garching 14 . Die Anlage, die seit 1991 in Betrieb
ist, hat ein Gesamtvolumen (äußere Abmessungen) von 2800 m 3 . Das
Plasma im inneren der Kammer nimmt ein Volumen von etwa 13 m 3 ein und
enthält 3 mg Wasserstoff (N/V ≈ 7 10 19 m -3 ; Plasmastrom 1,4 MA, Plasmatemperatur
100 Mio. K, Magnetfelder 3,9 Tesla.
lagerung des durch Magnetspulen erzeugten toroidalen Feldes
und des durch den Plasmastrom erzeugten poloidalen Feldes
erzwungen. Im Stellarator wird die schraubenförmige Verdrillung
der Feldlinien um die Torusseele durch ein System speziell
geformter Einzelspulen erreicht, die poloidal um den Torus
angeordnet sind (Abb. 9 oben).
Deshalb kann auf den Plasmastrom, der durch die Primärtrafospulen
im Torus induziert wird, verzichtet werden. Und damit ist
es auch möglich, den Stellarator kontinuierlich zu betreiben. Und
Plasmainstabilitäten, die durch den Plasmastrom hervorgerufen
werden können, sind hier natürlich auch nicht zu erwarten.
Zur Aufheizung des Plasmas bis zur Zündung muss – wie beim
Tokamak beschrieben – Energie von außen zugeführt werden,
entweder durch Injektion schneller Atome oder durch Mikrowellenheizung.
Abb. 9 zeigt eine Stellaratoranordnung mit Vertikalfeld- und
weiteren Zusatzspulen, mit denen die Feldverdrillung verändert
und das Plasma korrigiert werden kann.
Neutral-
Teilchen-
Heizung
Plasma
Vertikalfeldspulen
Zuatzspulen
Stellaratorspulen
Plasmagefäß
Abb. 9. Schematische Darstellung des Stellaratortorus mit dem verdrillten
Plasma (oben); Stellaratortorus mit Zusatzspulen und Plasmaheizung durch
Neutralteilchen.
ASPEKTE
Lange Zeit galt das Tokamakkonzept als die bessere Lösung; infolge
der großen Fortschritte bei der Gestaltung der Stellaratorspulen
in den letzten Jahren erscheinen Stellarator- und Tokamakkonzept
gleichwertig. Der neueste Stellarator-Versuch, der
jetzt vom Institut für Plasmaphysik der MPG in Greifswald aufgebaut
wird (Wendelstein 7X), soll die Kraftwerkstauglichkeit
der Stellaratoren belegen. In den Abmessungen, im Plasmavolumen
und Plasmagewicht übertrifft dieser Versuchsneubau
den Vorgänger (Abb. 10), der in Garching betrieben wird.
Abb. 10. Aufbau der Stellaratorversuchsanlage Wendelstein 7AS des Instituts
für Plasmaphysik der MPG in Garching. Die Anlage wurde 1988 in
Betrieb genommen. Bei einem äußeren Volumen von 670 m 3 kann sie mit
einem Magnetfeld bis 2,5 Tesla ein Plasmavolumen von 1 m 3 mit 1 mg Wasserstoff
aufnehmen.
INTERNATIONAL THERMONUCLEAR
17, 18
EXPERIMENTAL REAKTOR
Die Abkürzung für den neuen internationalen experimentellen
Fusionsreaktor, ITER, ist an das lateinischen Wort für „Weg“
angelehnt und soll den Weg zu neuen Energien weisen. Aber
der Weg bis jetzt war lang und er wird bis zum Erreichen des
Ziels wohl auch noch lang sein. Abb. 11 veranschaulicht die
Entwicklung der vorausgegangenen 50 Jahre. Gegen die Plasmatemperatur
ist das sog. Fusionsprodukt der bisherigen Experimente
aufgetragen, das ist das Produkt aus erzielter Plasmadichte,
Plasmahaltezeit und Plasmatemperatur.
Die Fusion im Plasma aus Deuterium und Tritium zündet nur
und wird dann ohne Energiezufuhr aufrecht erhalten, wenn
das Fusionsprodukt bei vorgegebener Temperatur in einem
Bereich liegt, der in der Abbildung rot gekennzeichnet ist,
also z.B. bei 100 Mio. K muss das Fusionsprodukt > 2,5•10 28
m -3 s K sein. Bei einer Einschlusszeit von 1 sec. folgt daraus die
Mindestteilchendichte zu etwa 2,5•10 20 je m 3
Die Zündgrenze ist gegeben durch die Forderung, dass die
beim Fusionsprozess an das Plasma abgegebene Energie grö-
17 P. Gruss und F. Schüth, Herausgeber, Die Zukunft der Energie. Ein Report
der Max-Planck-Gesellschaft. C. Beck, München, 2008.
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G. Janeschitz, Technik der Kernfusion. Manfred-Eigen-Nachwuchswissenschaftler-Gespräche
„Chemie und Energie“, Herrenalb, 2008.
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