Prof. Dr. Ulrich Samm - Landtag Mecklenburg Vorpommern
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Member of the Helmholtz Association<br />
Öffentliche Anhörung im <strong>Landtag</strong> <strong>Mecklenburg</strong>-<strong>Vorpommern</strong><br />
Kernfusionsforschung<br />
in<br />
<strong>Mecklenburg</strong>-<strong>Vorpommern</strong><br />
Sachverständiger<br />
<strong>Ulrich</strong> <strong>Samm</strong>, Forschungszentrum Jülich<br />
Schwerin, 27 März 2013
Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft<br />
Forschungszentrum Jülich – Zahlen, Daten, Fakten<br />
Finanzen Personal Wiss. Output<br />
• Budget: 480 Mio. €<br />
• <strong>Dr</strong>ittmittel: ~ 160 Mio. €<br />
• Mitarbeiter/innen: 5.000<br />
• + 900 Gastwiss./Jahr<br />
aus > 45 Ländern<br />
• 2.100 Artikel/Jahr<br />
• (1.400 ISI-gelistet)<br />
Folie 2
Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft<br />
Energie und Umwelt<br />
Wie decken wir unseren Energiebedarf<br />
umweltfreundlich?<br />
Umweltverträgliche<br />
Kraftwerke<br />
Brennstoffzellen Photovoltaik Kernfusion<br />
Bodenforschung Pflanzenforschung Klimaforschung<br />
Nukleare<br />
Entsorgungsforschung<br />
3
Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft<br />
Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK)<br />
795 Mitarbeiter/innen insgesamt<br />
(ca. 300 Wiss.)<br />
675 Mitarbeiter/innen Energie<br />
(ca. 250 Wiss.)<br />
200 Doktoranden (ca.)<br />
Graduiertenschule HITEC<br />
Folie 4
Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft<br />
Tokamak TEXTOR<br />
30 Jahre erfolgreicher Betrieb
Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft<br />
• Beide Anlagen sind<br />
nicht-nuklear<br />
• Nur Wasserstoff und<br />
Deuterium Betrieb<br />
• Nur externe Heizung<br />
Wendelstein 7-X<br />
Textor<br />
Großer Radius 5.5 m 1.75 m<br />
Kleiner Radius 0.53 m 0.5 m<br />
Plasmavolumen 30 m 3 7 m 3<br />
Flansche 253 200<br />
Masse 725 t 600 t<br />
Kalte Masse 425 t -<br />
nicht-planare Spulen 50 -<br />
planare Spulen 20 16<br />
Magnetfeld 3 T 3 T<br />
Gespeicherte Energie 600 MJ 200 MJ<br />
Heizleistung 15 - 30 MW 9 MW<br />
Pulslänge 30 min 10 s<br />
Plasmadichte 4.5 10 20 m -3 1.0 10 20 m -3<br />
Plasmatemperatur 3.5 keV 1.2 keV
Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft<br />
ITER (Cadarache, F)<br />
Erste Demonstration eines<br />
brennenden Fusionsplasmas (D,T)<br />
500 MW Fusionsleistung<br />
8 Minuten Brenndauer<br />
Ziel: Entwicklung eines<br />
kontinuierlich arbeitenden<br />
Fusionsreaktors<br />
gemeinschaftliches Projekt von:<br />
Europa, Japan, Russland,<br />
USA, Korea, China, Indien
Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft<br />
TEXTOR<br />
Plasma
Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft<br />
TEXTOR<br />
Plasma<br />
Wärmeisolation (Einschlusss)<br />
Wandbelastung (Lebensdauer)
Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft<br />
TEXTOR (1983 – 2013) – eine Erfolgsgeschichte<br />
• Grundlegende Untersuchungen zur Plasma-Wand<br />
Wechselwirkung in Tokamaks (Erosion, Transport, Deposition)<br />
• Erste Demonstration effizienter Heliumabfuhr<br />
• Pionierarbeiten zur Wandkonditionierung (Beschichtungen)<br />
• Realisierung des Konzepts der Energieabfuhr über<br />
Strahlungskühlung mit Hilfe von Edelgasen<br />
TEXTOR<br />
Plasma<br />
• Entdeckung eines Regimes mit verbessertem Energieeinschluß<br />
durch die Beifügung von Verunreinigungen im Plasma<br />
• Pionierarbeiten zur Plasmadiagnostik<br />
• Test von Computermodellen für Fusionsmaschinen<br />
• Dynamischer Ergodischer Divertor (DED) in TEXTOR
Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft
Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft<br />
Strahlung und Strahlenschutz - 30 Jahre Erfahrungen mit TEXTOR<br />
Strahlungsquellen<br />
• Neutronen (hauptsächlich bei Betrieb mit Zusatzheizung)<br />
• Röntgenstrahlung (nur bei Plasmabetrieb)<br />
• Gammastrahlung aktivierter Bauteile<br />
• Tritium (Gefahrenpotential: Inkorporation bei Arbeiten im Gefäß)<br />
Strahlenschutzbereiche<br />
• Überwachungsbereich außerhalb und in unmittelbarer Nähe der Betonabschirmung<br />
des TEXTOR Bunkers<br />
Grenze 5 mSv / Jahr Ortsdosisleistung wegen geringer Aufenthaltswahrscheinlichkeit<br />
von Personen<br />
• Kontrollbereich im Inneren des TEXTOR-Bunkers, hinter der Personenschleuse<br />
o Zugang gesperrt bei Plasmabetrieb<br />
o temporärer Kontrollbereich wenn Ortsdosisleistung > 2,5 µSv/h und < 25 µSv/h;<br />
dann Zutritt nur für beruflich strahlenexponierte Personen<br />
o freier Zugang (Normalfall) bei Ortsdosisleistung im Bunker < 2,5 µSv/h
Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft<br />
Realität im TEXTOR Betrieb<br />
Dosismessungen an der Anlage<br />
Beispiel Jahresbilanz Äquivalentdosis 2012<br />
• Neutronen 0,6 mSv<br />
• Röntgenstrahlung 0,65 mSv<br />
zu vergleichen mit Grenzwert von 5 mSv<br />
Belastung der Menschen<br />
• Dokumentierte Aufenthaltszeiten im Kontrollbereich in der Regel < 1h / Jahr<br />
• Auswertung der zu tragenden amtlichen Filmdosimeter aller S-Personen<br />
ohne messbaren Dosiswert während der gesamten Betriebszeit von TEXTOR<br />
• Tritium<br />
o Messung der Tritium-Konzentration in der Atemluft bei Flutung des<br />
Vakuumgefäßes<br />
o Inkorporationsmessung: repräsentative Ausscheidungsuntersuchungen, Urin, vor<br />
und nach der Arbeit<br />
alle Tritium-Messungen unter der Nachweisgrenze
Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft<br />
• Energieeinschluss in JET erlaubt Break-Even (Q=1)<br />
• 16 MW Fusionsleistung in D-T Plasma bereits 1997 erzeugt<br />
Erzeugung von Hochtemperaturplasmen bis 400 Mill. Grad bereits möglich<br />
JET innen (mit Mensch)<br />
Joint<br />
European<br />
Torus
Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft<br />
ITER-ähnliche Wand in JET<br />
Be first wall<br />
W divertor<br />
Joint<br />
European<br />
Torus<br />
Austausch aller Wandkomponenten mit Hilfe von Roboterarmen<br />
Hochentwickelte Technologie des „remote handling“
Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft<br />
Jülicher Beiträge zur Fusionsforschung<br />
übergreifendes Thema<br />
Plasma-Wand-Wechselwirkung und Materialien der Ersten Wand<br />
Kooperation in Experiment und<br />
Theorie<br />
Design und Bau von ITER<br />
Komponenten (Meßsysteme)<br />
Neue Materialien<br />
Systemstudien<br />
Stellarator Wendelstein 7-X<br />
Demonstration des Stellaratorkonzepts<br />
als Alternative zum gepulsten Tokamak<br />
„Der bessere Weg zum Dauerbetrieb“<br />
Tokamak ITER<br />
Erste Demonstration eines<br />
brennenden Fusionsplasmas<br />
500 MW Fusionsleistung<br />
8 Minuten Brenndauer<br />
(JET, AUG, ..)<br />
Das erste Fusionskraftwerk<br />
1 000 MW elektrische Leistung<br />
Dauerbetrieb<br />
spezielle Testanlagen
Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft
Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft<br />
Rohstoffe der Kernfusion<br />
für den Jahresverbrauch einer Familie (Elektrizität)<br />
75 mg Deuterium<br />
225 mg Lithium<br />
zu finden in<br />
2 Litern Wasser und<br />
250 g Gestein<br />
Energieinhalt:<br />
48 000 Millionen Joule<br />
entsprechend<br />
1 000 Litern Öl<br />
Die Rohstoffe der Fusion sind preiswert und weltweit gleichmäßig verteilt<br />
... eine neue Primärenergiequelle
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