Broschüre "Kernfusion" - KIT - PL FUSION
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7.3.4. Entwicklung eines Helium-gekühlten Divertors<br />
Der Divertor ist eines der am stärksten<br />
belasteten Bauteile des Fusionskraftwerks<br />
(siehe Kapitel 3.4). Er ist<br />
einem Teilchenhagel ausgesetzt, der<br />
durch Umwandlung von kinetischer<br />
in thermische Energie eine Wärmelast<br />
von lokal etwa 15 Megawatt pro<br />
Quadratmeter mit sich bringt. Der<br />
Aufschlag der Teilchen auf die Prallplatten<br />
führt darüber hinaus über<br />
mechanische und thermische Effekte<br />
zur Erosion der Platte, so dass man<br />
eine Opferschicht von rund fünf Millimetern<br />
Stärke auf der Oberfläche<br />
vorsieht. Dennoch müssen die Prallplatten<br />
etwa alle ein bis zwei Jahre<br />
ausgewechselt werden.<br />
Für ITER wurde ein wassergekühlter<br />
Divertor entwickelt. Dieses Konzept<br />
wurde jedoch für relativ geringen<br />
Neutronenfluss und geringe Wassertemperaturen<br />
ausgelegt und ist für<br />
DEMO daher nicht geeignet. Außerdem<br />
will man bei den am Forschungszentrum<br />
Karlsruhe entwickelten Blanket-Konzepten<br />
Wasser als Kühlmittel<br />
aus Sicherheitsgründen möglichst<br />
vermeiden.<br />
Wie im Abschnitt 7.3.3. über das<br />
Blanket bereits dargestellt, entwickelt<br />
das Forschungszentrum Karlsruhe<br />
das Helium-gekühlte Feststoffblanket<br />
(HCPB) und trägt zum Helium-gekühlten<br />
Flüssigmetallblanket (HCLL)<br />
bei, das federführend von CEA/<br />
Frankreich entwickelt wird. Helium<br />
bietet sich daher auch als Kühlmittel<br />
für den Divertor an. Helium hat darüber<br />
hinaus den Vorteil, chemisch und<br />
neutronisch inert zu sein. Zudem<br />
können im Vergleich mit Wasser<br />
höhere Temperaturen erreicht werden,<br />
was den thermischen Wirkungsgrad<br />
des Kraftwerks und damit die<br />
Wirtschaftlichkeit verbessert. Helium<br />
kann direkt auf die Gasturbine zur<br />
Stromerzeugung geleitet werden. Vor<br />
allem aber würde Wasser als Kühlmittel<br />
im Falle entsprechender Störfälle<br />
mit Beryllium unter Bildung<br />
von Wasserstoff reagieren. Daher<br />
sind aus Sicherheitsgründen wassergekühlte<br />
Komponenten in Gegenwart<br />
von Beryllium im Vakuumgefäß zu<br />
vermeiden.<br />
Prinzipiell wäre auch Flüssigmetall<br />
als Kühlmittel für den Divertor denkbar.<br />
Es ist jedoch chemisch aggressiv<br />
und benötigt wegen seiner magnetohydrodynamischen<br />
Effekte mehr<br />
Pumpenleistung. Die Strömung des<br />
Flüssigmetalls wirkt wie ein bewegter<br />
Leiter im Magnetfeld: Strom wird<br />
darin induziert und bewirkt Kräfte,<br />
die die Bewegung des Flüssigmetalls<br />
hemmen.<br />
Gemeinsam, zum Teil auch im Wettbewerb<br />
mit europäischen Partnern,<br />
entwickelt das Forschungszentrum<br />
Karlsruhe Konzepte für einen Heliumgekühlten<br />
Divertor und beschäftigt<br />
sich mit Materialfragen. Die Aufgaben<br />
gliedern sich in die folgenden<br />
Bereiche:
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