Broschüre "Kernfusion" - KIT - PL FUSION
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tes, das Forschungszentrum Karlsruhe<br />
zusammen mit mehreren europäischen<br />
Partnerorganisationen (FOM<br />
Rijnhuizen, Niederlande und CRPP<br />
Lausanne, Schweiz) durchführt (siehe<br />
Abb. 3).<br />
Wichtige Aspekte sind hierbei die<br />
thermomechanische und neutronische<br />
Analyse. Die Quantifizierung des<br />
Strömungseffektes der Neutronen<br />
entlang der Mikrowellen-Hohlleiterstrukturen<br />
liefert die Entscheidungskriterien<br />
über einen möglichen Verzicht<br />
auf eine aufwändige und stark<br />
Verlust-behaftete gewinkelte Strahlführung<br />
(„dog-leg“-Struktur), insbesondere<br />
bei der „Remote Steering“-<br />
Anordnung. Neutronikrechnungen<br />
zeigen, dass eine solche gewinkelte<br />
Strahlführung nicht notwendig ist.<br />
Die beengten Strahlführungswege im<br />
Einkoppelstutzen („Port Plug“) stellen<br />
besondere Designherausforderungen<br />
dar. So müssen möglichst<br />
geringe Wandstärken der tragenden<br />
Strukturen tolerierbare Auslenkungen<br />
des Plugs (max. 30 Millimeter) unter<br />
den elektromagnetischen Belastungen,<br />
die bei Plasmazusammenbrüchen<br />
auftreten, sicherstellen. Gleichzeitig<br />
muss die Struktur auf eine einfache<br />
Zerlegbarkeit optimiert werden,<br />
da bereits im anfänglichen<br />
Reaktorbetrieb die Komponenten<br />
aktiviert und mit Beryllium kontaminiert<br />
werden und somit in den „Heißen<br />
Zellen“ fernbedient getestet und<br />
repariert werden müssen. Parallel zu<br />
den aktuellen Auslegungsarbeiten<br />
wurden erste experimentelle Tests für<br />
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Abb. 3:<br />
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Querschnitt durch die tragende Struktur<br />
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für das Mikrowelleneinspeisesystem in der<br />
oberen Port-Ebene von ITER. Die Mikrowellenstrahlführung zeigt die Anordnung<br />
eines „Remote-Steering“ Systems mit 8 quadratischen Wellenleitern bei einem<br />
Satz von plasmanahen festen Spiegeleinheiten.<br />
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die Mikrowellen-Strahlführungssysteme<br />
unter ITER relevanten Bedingungen<br />
durchgeführt, für die vom<br />
Forschungszentrum die Hochleistungsfenster<br />
und der Teststand mit einem<br />
Hochleistungsgyrotron bei 170 Gigahertz<br />
bereitgestellt und betrieben<br />
wurden.<br />
Optimierung des Tokamakbetriebes<br />
durch geregelte<br />
Mikrowellen-Deposition<br />
Dauerbetrieb eines Tokamaks ist nur<br />
durch die Erzeugung eines Plasmastroms<br />
ohne Transformator möglich,<br />
z. B. durch Plasmastromtrieb<br />
mittels eingestrahlter Mikrowellen:<br />
„Electron-Cyclotron Current Drive<br />
(ECCD)“. Mikrowellen können jedoch<br />
auch strom- bzw. druckgetriebenen<br />
Instabilitäten durch die gezielte<br />
Erzeugung von Strömen entgegenwirken.<br />
Durch die Kontrolle solcher<br />
Instabilitäten wird eine wesentliche<br />
Verbesserung in der Energieeinschlusszeit<br />
erwartet. Durch eine Frequenzvariation<br />
der Hochfrequenz-<br />
Welle und/oder Änderung des Einschusswinkels<br />
ist eine gezielte Absorption<br />
und damit ein gezielter<br />
Stromtrieb machbar. Eine Frequenzänderung<br />
der Gyrotronstrahlung über<br />
einen großen Frequenzbereich ist<br />
jedoch nur durch Veränderung des<br />
Gyrotron-Magnetfeldes – und damit<br />
bei supraleitenden Magnetsystemen<br />
bisher nur sehr langsam – möglich.<br />
Zur schnellen Änderung wurde am<br />
Forschungszentrum ein Hybridsystem<br />
– eine Kombination zwischen<br />
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normal leitenden und supraleitenden<br />
Spulen – entwickelt. Änderungen<br />
zwischen den einzelnen Frequenzen<br />
innerhalb einer Sekunde wurden<br />
erfolgreich durchgeführt.<br />
Zur Unterdrückung von „Neoclassical<br />
Tearing Modes“ am Tokamak<br />
ASDEX Upgrade wird ein im Frequenzbereich<br />
von 105-140 Gigahertz<br />
stufenweise durchstimmbares Gyrotron<br />
mit einem Doppelscheibenfenster aus<br />
Diamant und vorgespanntem Kollektor<br />
zur Energierückgewinnung in Zusammenarbeit<br />
mit der Industrie entwickelt<br />
und hergestellt. Untersuchungen<br />
zur geeigneten Wahl einer Elektronenkanone<br />
und eines quasi-optischen<br />
Modenwandlers für das Gyrotron<br />
begleiten die industrielle Fertigung.<br />
Diamantfenster mit größerem<br />
Durchmesser (120-140 Millimeter)<br />
erlauben die Entwicklung eines breitbandigen<br />
Brewsterfensters. Eine derartige<br />
Materialentwicklung wird in<br />
Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut<br />
für Angewandte Festkörperforschung<br />
(FhG-IAF) in Freiburg<br />
und der Fa. Element Six in<br />
Ascot/GB verfolgt.
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