Broschüre "Kernfusion" - KIT - PL FUSION

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Ein stabiles Gehäuse, die Blanketbox,
aus ferritisch-martensitischem
Stahl bildet die äußere Struktur des
Blanketmoduls. Das Innere der Blanketbox
ist durch ein Gitter aus waagerechten
und senkrechten Stahlplatten
unterteilt, die die Box gegen
Überdruck des Kühlgases versteifen.
In den Fächern des Versteifungsgitters
werden Bruteinheiten platziert,
in denen sich zwischen Kühlplatten
Kugelschüttungen aus einer Brutkeramik
(Li 4SiO 4 oder Li 2TiO 3) und
dem Neutronenmultiplikator Beryllium
abwechseln. Die Partikel haben
Durchmesser von 0,3 bis 0,6 Millimeter
(Li 4SiO 4) bzw. 1 Millimeter
(Li 2TiO 3, Beryllium).
Zur Wärmeabfuhr aus dem Blanket
sind alle Stahlstrukturen mit internen
Kanälen durchzogen, durch die Helium
unter 8 Megapascal Druck strömt;
dorthin muss die im Blanket entstehende
Wärme durch Wärmeleitung
gelangen. Mit einer Einlasstemperatur
von rund 300 Grad Celsius strömt
„kaltes“ Helium zunächst durch die
Kühlkanäle der Ersten Wand, wo im
Bereich der höchsten Leistungsdichte
etwa 30 Prozent der gesamten Blanketleistung
anfallen. Das so vorgewärmte
Helium wird dann den Platten des
Versteifungsgitters zugeführt und zirkuliert
schließlich durch die Kühlplatten
der Bruteinheiten. Das nunmehr
heiße Helium wird durch Kanäle
mit großem Querschnitt in einen
konventionellen Kreislauf geleitet.
Die Auslasstemperatur des Heliums
beträgt ca. 500 Grad Celsius, der daraus
resultierende thermische Wirkungsgrad
in einem angeschlossenen
konventionellen Dampf-Wasser-Kreislauf
rund 40 Prozent. Ein separater
Helium-Spülkreislauf (Systemdruck
0,1 Megapascal) führt das im Brutmaterial
und im Beryllium erzeugte
Tritium ab. Durch stetiges Ausspülen
des erbrüteten Tritiums wird der
Tritium-Partialdruck im Spülkreislauf
und im Blanket niedrig gehalten
und so verhindert, dass Tritium in
nennenswerten Mengen durch Strukturmaterialien
hindurch dringt und in
den Kühlkreislauf gelangt. Vom Spül-
kreislauf wird das Tritium in das
Extraktionssystem eingespeist, um es
als Brennstoff mit Deuterium vermischt
in das Plasma einzuspeisen
(siehe Kap. 3.5).
Im Rahmen einer europäischen Reaktorstudie
werden auch so genannte
fortgeschrittene Blanket-Konzepte
verfolgt, die durch Erhöhung der Betriebstemperaturen
einen höheren
Wirkungsgrad erreichen. Hierzu werden
Technologien und Werkstoffe
benötigt, die weiteren Entwicklungsaufwand
erfordern. Ein Beispiel ist
das Dual-Coolant-Blanket-Konzept,
bei dem die Erste Wand mit Helium
gekühlt wird, der Hauptteil der erzeugten
Wärme jedoch direkt durch
Umwälzung des Blei-Lithium-Flüssigmetalls
zum Wärmetauscher transportiert
wird. Strömungseinsätze aus
Siliziumkarbid in den Flüssigmetallkanälen
dienen als elektrischer
und thermischer Isolator zwischen
Strukturmaterial und dem strömenden
Flüssigmetall.