energieumwandlung - KIT - Zentrum Energie

TOPIC 5: FUSIONSTECHNOLOGIE
Fusionsreaktion in nutzbare Wärme um,
erbrütet den Brennstoff Tritium durch das
Einfangen von Neutronen in Lithium und
schirmt die supraleitenden Magnete gegen
Neutronen- und Gammastrahlung ab.
Thermische Effizienz und Leistungsdichte
des Blankets bestimmen Leistung und
Wirtschaftlichkeit eines Fusionsreaktors
wesentlich mit.
Die europäische Fusionsforschung verfolgt
beim Blanket zwei verschiedene
Konzepte: HCPB (Helium Cooled Pebble
Bed – heliumgekühltes Feststoffblanket)
und HCLL (Helium Cooled Lithium Lead).
Das KIT-Zentrum Energie trägt zu einzelnen
Bereichen des HCLL-Konzepts bei, wid-
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Kernspaltung und Fusion
Ein physikalischer Prozess, bei dem ein Atomkern mit einem anderen Atomkern
oder einem Teilchen zusammenstößt und dadurch mindestens ein Atomkern umgewandelt
wird, heißt Kernreaktion. Zwei spezielle, grundsätzlich verschiedene Arten
von Kernreaktionen sind Kernspaltung/Fission und Kernfusion.
Kernspaltung: Ein Atomkern wird in zwei oder mehr Teile zerlegt; dabei wird
Energie frei. Es handelt sich um eine induzierte Spaltung, ausgelöst dadurch,
dass ein frei herumfliegendes Neutron den Atomkern trifft.
Kernfusion: Zwei Atomkerne verschmelzen zu einem neuen Kern. Ist die Masse
der bei der Fusion entstandenen Teilchen geringer als die Summe der Masse der
Ausgangskerne, wird die Massendifferenz in Form von Energie frei. Dann liegt
eine exotherme, das heißt energieliefernde Fusionsreaktion vor.
Versuchsanordnung zum Test einer ITER-
Modellspule.
met sich jedoch hauptsächlich dem HCPB-
Konzept, bei dem es federführend wirkt.
Im KIT-Zentrum Energie sind die Arbeiten
langfristig darauf gerichtet, ein Blanket
für den Demonstrationsreaktor DEMO zu
entwickeln und auszulegen. Zu den konzeptionellen
und konstruktiven Aufgaben
kommen theoretische und experimentelle
Untersuchungen, um die Eigenschaften
von Brutmaterialien und Beryllium zu bestimmen,
das Verhalten der Schüttbetten
unter thermischer Belastung und
Strahlungsbelastung zu ermitteln sowie
Technologien zur Herstellung der Blanket-
Module zu entwickeln und zu erproben.
Erste Funktionstests in ITER sollen zeigen,
Das Tritiumlabor auf dem Campus Nord des KIT.
wie das Blanketkonzept auf magnetische
und thermomechanische Transienten,
Neutronen- und Gammastrahlung reagiert.
Helium-4, sozusagen die Asche der
Kernfusion, sowie unverbrannter
Brennstoff und Verunreinigungen müssen
laufend aus dem Plasma abgeführt werden,
um die Fusion aufrechtzuerhalten.
Dies geschieht über den Divertor. Durch
Magnetfelder werden die Ionen auf gekühlte
Prallplatten gelenkt. Dort verlieren
sie Energie und können Elektronen
einfangen und dadurch zu neutralen
Atomen werden. Vakuumpumpen entfernen
die Atome aus der Brennkammer.
Die Divertorplatten sind zusätzlich zur
Belastung durch die schnellen Neutronen
einer hohen Wärmebelastung ausgesetzt
– der Divertor gehört zu den thermisch am
höchsten belasteten Bauteilen in einem
Fusionsreaktor.
Das KIT-Zentrum Energie ist an der
Entwicklung des Divertors für DEMO federführend
beteiligt. Schwerpunkte sind die
Auswahl und Zusammenstellung geeigneter
Materialien, der belastungs- und
fertigungsgerechte Entwurf des Divertors
einschließlich der Auslegung von
Hochleistungs-Wärmeübertragungsmodulen
sowie Analysen und Experimente,
um die Auslegungsrechnungen zu überprüfen.
Geplant ist auch, ein Divertor-