Broschüre "Kernfusion" - KIT - PL FUSION
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3. Technologie für das<br />
Fusionskraftwerk<br />
3.1. Plasmaheizung und Stromtrieb<br />
Plasmaheizung, Stromtrieb und Profilkontrolle<br />
sind Schlüsseltechnologien<br />
für ein Fusionskraftwerk. Beim<br />
Betrieb des Kraftwerks wird das<br />
Plasma im Wesentlichen durch die<br />
bei der Fusion entstehenden Heliumkerne<br />
geheizt, die ihre Energie durch<br />
Stöße mit den Elektronen und Ionen<br />
an das Plasma abgeben. Zum Starten<br />
der Reaktion muss das Plasma jedoch<br />
durch externe Energiezufuhr auf die<br />
Betriebstemperatur von etwa 100<br />
Millionen Grad aufgeheizt werden. In<br />
Abb. 1 sind die Heizmethoden skizziert,<br />
die in experimentellen Anlagen<br />
eingesetzt und für zukünftige Fusionskraftwerke<br />
vorgesehen sind. Im<br />
Folgenden sollen sie näher beschrieben<br />
werden.<br />
3.1.1. Die Stromheizung<br />
In einem Tokamak wird durch einen<br />
Transformator mit zeitlich veränderlichem<br />
Fluss ein Strom im Plasma<br />
induziert (siehe Kapitel 2.4.1), der<br />
auf zweifache Art genutzt wird: Zum<br />
einen trägt das erzeugte Poloidalfeld<br />
zum Plasmaeinschluss bei, zum anderen<br />
wird das Plasma aufgrund seines<br />
elektrischen Widerstandes aufgeheizt.<br />
Bei höheren Temperaturen<br />
sinkt jedoch der Widerstand im Plasma<br />
ab, bei etwa 15 Millionen Grad ist<br />
er praktisch Null. Daher reicht diese<br />
Stromheizung allein bei weitem nicht<br />
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Abb. 1: Plasma-Heizverfahren beim Tokamak (Grafik: FZJ)<br />
aus, um die zur Zündung notwendigen<br />
Temperaturen zu erzielen. Zur weiteren<br />
Heizung sind zusätzliche Heizverfahren<br />
notwendig.<br />
Zur Erzeugung des Plasmastromes ist<br />
eine zeitliche Veränderung des primär-seitigen<br />
Stromes, d.h. des Stromes<br />
in der Transformatorspule, erforderlich.<br />
Bei Erreichen des magnetischen<br />
Maximalwertes kann der<br />
Transformator den Plasmastrom nicht<br />
mehr aufrechterhalten, er wird zurück-<br />
und erneut wieder hochgefah-<br />
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ren. Daher kann ein Tokamak zunächst<br />
mit reiner Stromheizung nur<br />
gepulst betrieben werden. Für den<br />
stationären Betrieb eines Tokamaks<br />
müssen andere Techniken zur Erzeugung<br />
des Plasmastroms, der so genannte<br />
nicht induktive Stromtrieb,<br />
genutzt werden.<br />
Im Stellarator dagegen ist kein Plasmastrom<br />
nötig und die Stromheizung<br />
daher nicht anwendbar, so dass andere<br />
Heizsysteme herangezogen werden<br />
müssen.<br />
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