Broschüre "Kernfusion" - KIT - PL FUSION

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Da Fusionsmagnete neben hoher
Magnetfeldstärke auch große Volumina
besitzen, muss die Nennstromstärke
der Magnetwicklungen etliche 10
Kiloampere betragen. Daher sind einfache
Standarddrähte wie in Abb. 4
(Seite 26) nicht ausreichend. Stattdessen
muss das Leiterkabel aus vielen
Einzeldrähten verseilt werden. Da
wegen der hohen Magnetfeldstärken
und der großen Abmessungen hohe
elektromagnetische Kräfte auftreten,
werden sowohl für Leiter und Spule
spezielle Konstruktionsmaßnahmen
erforderlich. So ist zum Beispiel
beim Test zweier Spulen in der
Testanlage TOSKA (Toroidale
Spulentestanlage Karlsruhe) eine
Kraft von 6000 Tonnen aufzunehmen,
etwa das Gewicht von 100
Bahnlokomotiven. Als Ergebnis langjähriger
Entwicklungsprogramme hat
sich der folgende Leiter- und Wicklungsaufbau
als erfolgreich erwiesen:
Das Leiterseil wird in eine Stahlhülle
eingezogen und das Helium strömt
als überkritisches Fluid hindurch, wie
dies am Beispiel des Leiters für die
Toroidalfeldspule für ITER in Abb. 6
gezeigt ist.
Abb. 6:
Aufbau des Leiters für die ITER-Toroidal-
feldmagnete. Auf einer Rohrspirale als zentra-
lem Helium-Strömungskanal ist ein mehrfach
verseiltes Rundkabel aufgebracht. Die Ein-
zeldrähte haben außen eine Chrom-Plattierung
zur Reduzierung von auftretenden Kopplungs-
strömen bei zeitlich veränderlichen Magnet-
feldern. Das Kabel ist in eine Hülle aus Incoloy
908 eingezogen (Außenmaße: 45 x 45 mm 2 )
(Foto: FZK)
Die Leiterhülle fungiert damit gleichzeitig
als Druckkessel für das Helium,
die Einzelleiter im Seil sind auf einem
Großteil ihrer Oberfläche mit
Helium benetzt, was für eine gute
Kühleffektivität sorgt. Die im Leiter
auftretenden elektromagnetischen
Kräfte werden von der Hülle auf das
gesamte Hüllenensemble des Wickelpaketes
und von dort auf ein dickwandiges
Gehäuse übertragen. In jedem
Fall wird die Hülle beim Wickeln
mit einer elektrischen Isolation umgeben
und das ganze Wickelpaket mit
Epoxidharz vergossen. Auf diese
Weise wird ein starrer Wicklungsblock
mit definierten elektrischen
Isolationseigenschaften und definier-
ten mechanischen Eigenschaften hergestellt.
Nach diesem Konstruktionsprinzip
werden bereits seit 20 Jahren
Toroidalfeldspulen zu Testzwecken
gefertigt. Auch die Spulen für den
Stellarator Wendelstein 7-X in Greifswald
wurden nach diesem Bauprinzips
entwickelt. Im Falle von Nb 3Sn-
Leitern muss die aufgebrachte Isolation
zunächst einer Diffusionsglühbehandlung
der Wicklung standhalten.
Sie besteht deshalb aus einer trockenen
Glasfaserbandage, und der
Epoxidharzverguss kann erst nach der
Glühung erfolgen, bzw. die Isolation
wird erst nach der Glühung aufgebracht.
Dies wurde in jüngster Zeit bei
den Modellspulen für ITER realisiert.