Broschüre "Kernfusion" - KIT - PL FUSION

Entwicklung von Kühlkonzepten
für den Helium-gekühlten
Divertor
Die abzuführende Wärmelast beträgt
etwa 10 bis 15 Megawatt pro Quadratmeter
für Versuchsreaktoren der
Generation nach ITER und die erste
Generation kommerzieller Fusionskraftwerke.
Da dieser Wert bisherige
technische Anforderungen übersteigt,
sind konventionelle Kühlkonzepte,
zum Beispiel einfache Kühlkanäle
auf der Rückseite der Prallplatten,
nicht geeignet. Vielmehr ist ein völlig
neuer Aufbau des Kühlsystems erforderlich.
Die wesentlichen Anforderungen
sind:
• eine Aufteilung der Prallplatten in
einzelne Module, um die thermischen
Spannungen zu reduzieren
und das Kühlmittel über möglichst
kurze Wege zu transportieren,
• Reduzierung der Strecke, über die
die Wärme im Divertor weitergeleitet
werden muss, um das Kühlmittel
möglichst dicht an die thermisch
belastete Oberfläche der Prallplatten
heranzuführen,
• Verbesserung des Wärmeübergangs
zum Kühlmittel, entweder durch eine
Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit
und/oder durch eine Vergrößerung
der Kontaktfläche,
• gleichzeitig ist der energetische
Aufwand für die Kühlmittelpumpen
möglichst klein zu halten ist, um
mehr Energie für die Stromgewinnung
bereit zu stellen und somit den
Wirkungsgrad der Gesamtanlage zu
erhöhen.
Abb. 17:
Schnitt durch eine 3D CAD-Darstellung einer
Gruppe von Kühlfingern (hier für das Prallstrahlkühlungsverfahren).
Maße in Millimeter.
(Grafik: FZK)
Zurzeit werden in Europa Konzepte
entwickelt, um diesen Anforderungen
zu genügen. Um mit der hohen Wärmelast
fertig zu werden, entwickelt
das Forschungszentrum Karlsruhe
ein modulares Divertorkonzept: Die
Prallplatte wird in Wolframziegel
aufgeteilt, darunter befindet sich jeweils
ein Kühlfinger. Je neun Finger
werden zu einer Gruppe zusammengefasst.
Abb. 17 zeigt einen Schnitt
durch solch eine Gruppe.
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