Broschüre "Kernfusion" - KIT - PL FUSION

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Abb. 18:
Mögliche Varianten zur Vergrößerung der Kontaktfläche
zwischen Kühlmittel und Prallplatte. (Fotos: FZK)
Für die eigentliche Kühlung werden
zwei alternative Verfahren entwickelt:
Das erste ist gekennzeichnet
durch eine Vergrößerung der Oberfläche,
um den konvektiven Wärmeübergang
zwischen Kühlmittel und
Prallplatte zu verbessern. Dafür werden
verschiedene Varianten untersucht
(siehe Abb. 18). Zuerst wurde
ein Pinplättchen mit zylinderförmigen
Stiften entwickelt, dieses wurde
weiter optimiert zu Slots, d.h. Rippen
und Kanälen. Eine Reaktorstudie hat
gezeigt, dass ein solches Divertorkonzept
für den Einsatz in Leis-
Pin-Array Slot Array 1 Slot-Array 2
tungsreaktoren gut geeignet ist. Theoretisch
konnten bisher mittlere normierteWärmeübergangskoeffizienten
bis zu 45.000 W/m 2 K bei einem
vertretbaren Energieaufwand für die
Gebläse erzielt werden. An der Optimierung
der Form, Größe und Anordnung
der Pins bzw. Slots und der
Strömungsführung wird zurzeit gearbeitet.
Dabei werden auch kommerzielle
Softwareprogramme eingesetzt,
mit denen das Strömungs- und Wärmeübertragungsverhalten
simuliert
werden kann.
Abb. 19: Sechseckige
Wolframkachel, innere
drucktragende und
gekühlte Wolframkom-
ponente sowie Stahl-
Bohrungseinsatz zur
Erzeugung von Helium-
Kühlstrahlen.
(Grafik: FZK)
Da die Fertigung von feinen Wolframstrukturen
für Slot- und insbesondere
für Pin-Anordnungen aufwändig
ist, wird am Forschungszentrum
Karlsruhe ein weiteres Kühlkonzept
entwickelt, das ganz ohne derartige
Strukturen auskommt. Bei diesem alternativen
Kühlkonzept führen Heliumstrahlen,
die auf die zu kühlende
Flächen gerichtet sind, die Wärmelast
des Divertors ab. Damit wird das
vom Einsatz in Flugtriebwerken und
Gasturbinen her bekannte Mehrstrahl-Prallkühlungsprinzip
auf den
Einsatz in Hochleistungs-Divertoren
adaptiert. Abb. 19 zeigt den Kopf mit
den Düsen.