Broschüre "Kernfusion" - KIT - PL FUSION

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120 Abb. 12: Typische Diffusionsschweißproben: A: U-DW- Labor-Probe, nicht strukturierte Fügefläche 25 x 30 mm. B: CWS (Cat Walk Sample) Stegprobe mit 8 mm breiten Stegen. C: Teile einer Stegprobe (CWS) mit 4 mm breiten Stegen. D: Stegprobe mit 2 mm breiten Stegen, entsprechend den zukünftigen Verhältnissen in einer BU-CP. E: Compact Mock Up, dieses Teil (60 x 70 mm) stellt bereits eine miniaturisierte Kühlplatte mit Gasverteiler und Stegen dar. Später werden Anschlüsse für den inzwischen erfolgreichen Lecktest eingeschweißt. Die Proben B, C, D und E sind Teil einer Versuchsreihe zum Verfahrensübertrag von Laborproben zu konkreten Kühlplatten. (Foto: FZK) Fertigungstechnik Für die Fertigung der von Kühlkanälen durchzogenen Platten zwischen den Schüttbetten sowie der heliumgekühlten Blanketbox wurde ein zweistufiges U-DW (Uniaxial Diffusion Weld)-Verfahren für EUROFER entwickelt, welches mit Einschränkungen zu einem konventionellen HIP- Verfahren (Heiß-isostatisches Pressen) kompatibel ist. Hierbei werden im ersten Schritt durch Fräsen die EUROFER-Platten (Bleche) planarisiert. Es werden in jede der spiegelbildlichen Halbplatten die zukünftigen Kühlkanäle mit etwas mehr als der späteren halben Höhe eingefräst. Die verbleibende Fügefläche wird dann mit einem Hochgeschwindigkeits-Trockenfräsverfahren in einen leicht diffusionsschweißbaren Zustand versetzt. Wegen der anschließenden Acetonreinigung muss derzeit dieses Trockenfräsverfahren verwendet werden, um eine Verunreinigung der Fügeflächen durch ein Nassfräsverfahren (hochreaktive Oberfläche) zu vermeiden. Die Halbplatten werden zueinander fixiert und dann „geboxt“ bzw. in einem entsprechenden Vakuumofen fixiert. Im ersten Prozessschritt werden die Plattenhälften bei einem Druck von ca 20 MPa (1010 Grad Celsius, 30 Minuten) in den Fügeflächen geschweißt. Dieser Prozessschritt soll letzte Unebenheiten in den Fügeflächen einebnen und für einen „innigen“ Kontakt zwischen den Halbplatten sorgen. Der Schweißdruck wird im zweiten Schritt auf etwa 10 Megapascal � � � gesenkt und die Temperatur auf 1050 Grad Celsius (84 Minuten) erhöht. Dies erhöht die Schweißgüte und hilft „anschaulich“ Fehlstellen im Bereich der Schweißnaht zu schließen. Das beschriebene Zweischrittverfahren besitzt den Vorteil einer relativ geringen Verformung des Werkstücks im Vergleich zu einem Einschrittverfahren. Nach diesem Prozess muss das Werkstück noch (PWHT Post Weld Heat Treatment, 980 Grad Celsius 0.5 Stunden 730 Grad Celsius 3 Stunden) wärmebehandelt werden und die endgültige Kühlplatte beispielsweise per Funkenerosion aus dem dickeren Werkstück gewonnen werden. Bei der Zugfestigkeit der Schweißnähte werden dieselben Werte wie vom Grundmaterial mit derselben thermischen Vorgeschichte erreicht. Die Kerbschlagergebnisse bezüglich duktil-zu-spröd-Bruch-Übergangstemperatur (DBTT) und Hochlage (USE) liegen bei derzeitigen Laborproben im Bereich des Grundwerkstoffs. � � � Entwicklung eines Blankets für DEMO Das Design eines Blankets ist eng mit plasmaphysikalischen und technologischen Bedingungen im Fusionskraftwerk verbunden und muss an neue Erkenntnisse auf diesen Gebieten angepasst werden. Bei der konstruktiven Auslegung des Blankets gibt es weitreichende Gestaltungsmöglichkeiten, die eine Integration in das Design eines Fusionskraftwerkes erlauben. Die europäische Leistungsreaktorstudie hat die Anforderungen konkretisiert, die ein Kraftwerk erfüllen muss, um in einem zukünftigen Strommarkt konkurrenzfähig zu sein. Von besonderer Bedeutung ist eine geeignete Segmentierung des Blankets in große Module, um den Wartungsstillstand zu begrenzen, und die Forderung an das Blanket, dem vollen Kühlmittelinnendruck von 8 Megapascal sicher standzuhalten. Bei der Weiterentwicklung des HCPB-Konzeptes wurde neben diesen Zielen auch eine Modularisierung erreicht,
�� Abb. 13: Einblick in die HCPB- Blanketbox. Links: plasmaseitige Ansicht; rechts: mit zur Veranschaulichung auseinander gezogener Rückwand und freiliegendem Versteifungsgitter. (Grafik: FZK) �� die eine gemeinsame Struktur für die beiden helium-gekühlten EU-Referenzkonzepte erlaubt (HCLL und HCPB) und die deutliche Vereinfachungen bei der Auslegung der Blanketmodule verspricht. Eine Ansicht der HCPB-Blanketstruktur ist in Abb. 13 dargestellt. Die umgebende Stahlbox wird im Inneren durch Platten im Abstand von etwa 200 Millimetern in toroidaler und poloidaler Richtung gegen Innendruck versteift. Er könnte im Falle einer Leckage beim vollen Kühlgasdruck von 80 bar liegen. Alle Stahlplatten besitzen innenliegende Kühlkanäle zur Abfuhr der erzeugten Wärme; die plasmaseitige Erste Wand der Box sieht dabei den höchsten Wärmeeintrag und ist entsprechend gekühlt. Die Schüttbetten aus keramischem Brutstoff und Beryllium sowie die Kühlplatten zwischen den Betten sind Teil einer separaten Bruteinheit (Abb. 14), die radial in die Zellen Abb. 14: HCPB-Bruteinheit (Grafik: FZK) �� zwischen den Versteifungsplatten eingeschoben wird, bevor die Rückwand der Blanketbox montiert wird. Dieser Bruteinschub besitzt an seinem radialen Ende Verteiler sowohl für das Kühlgas als auch für das Spülgas, das Tritium aus den Schüttbetten – insbesondere aus dem Brutkeramikbett – abführt. Damit ist die Zahl der Zuführungen, die aus Verteilern in der Rückwand gespeist werden, auf ein Minimum reduziert. Die Rückwand selbst ist eine Schichtung von Stahlplatten, zwischen denen Räume für die Sammlung und Weiterleitung von Kühl- und Spülgas liegen. Zwei dieser Platten sind mit etwa 40 Millimeter Stärke massiv ausgelegt, um der Box ihre mechanische Festigkeit zu geben und um das Kühlsystem mit seinen 8 Mega- Pascal gegen das Box-Innere von 0,1 Mega-Pascal und das Vakuum der Plasmakammer zu trennen. �� 121
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KERNFUSION ITER Max-Planck-Institut
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Inhalt Vorwort 1. Das Fusionskraftw
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Vorwort Über neunzig Prozent des W
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1. Das Fusionskraftwerk Langfristig
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2. Grundlagen der Kernfusion 2.1. P
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2.4. Der magnetische Einschluss 100
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2.4.2. Der Stellarator Der Stellara
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32 3.5. Der Brennstoffkreislauf Die
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1 Niederlande • FOM-Instituut voo
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6.3. Der nächste Schritt: ITER Das
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