Broschüre "Kernfusion" - KIT - PL FUSION

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Abb. 5:
Im Kontrollraum
von ASDEX Upgrade.
Von hier aus wird der
Ablauf der Experi-
mente und Messungen
gesteuert. (Foto: IPP)
Ziel: Hohe Wärmeisolation des
Plasmas
Dem „Divertor“ verdankt ASDEX
Upgrade seinen Namen: „Axialsymmetrisches
Divertor-Experiment“. Um
zu verhindern, dass das Plasma in
Kontakt mit den umgebenden Wänden
gerät und dort Verunreinigungen
abschlägt, lenken die Divertormagnete
die äußere Randschicht des Plasmas
auf Prallplatten am Boden des
Plasmagefäßes (Abb. 4). Die Plasmateilchen
und Verunreinigungen – in
einem brennenden Plasma auch die
„Fusionsasche“ Helium – treffen dort
abgekühlt auf, werden neutralisiert
und abgepumpt. So wird die Gefäßwand
geschont und zugleich ein Plasmazustand
mit guter Wärmeisolation
am Plasmarand erreicht, das „High-
Confinement Regime“, kurz H-Regime.
Es wurde 1982 am IPP-Experiment
ASDEX entdeckt.
Diese bewährte Betriebsweise ist
auch für ITER und ein späteres Kraftwerk
vorgesehen. Wegen der hohen
Fusionsleistungen ist dies hier jedoch
nicht mehr problemlos: Von der in einem
Kraftwerk zu erwartenden Leistung
von ein bis zwei Gigawatt wird
zwar der Hauptteil von den Fusionsneutronen
großflächig auf den Wänden
des Plasmagefäßes abgeladen. Die eng
gebündelt in den Divertor strömenden
Plasmateilchen bringen aber immer
noch ein Fünftel dieser Leistung
auf die Divertorplatten. Im H-Regime
wird dieses Problem noch dadurch
verstärkt, dass Rand-Instabilitäten
des Plasmas, sogenannte ELMs
(Edge Localized Modes), Plasmateilchen
und -energien gebündelt und
schlagartig auf die Platten werfen.
Eine mögliche Lösung hat ASDEX
Upgrade 1994 – aufbauend auf Experimenten
am Jülicher Tokamak TEX-
TOR – vorgeführt: Damit nicht die
gesamte Energie in Form schneller
Abb. 4: Blick in das
Plasma von ASDEX
Upgrade. Man erkennt,
wie das Divertor-
magnetfeld die äußere
Randschicht des
Plasmas auf Prall-
platten am Boden des
Plasmagefäßes lenkt.
(Foto: IPP)
Plasmateilchen auf die Divertorplatten
einprasselt, wurden in die Randschicht
des Plasmas Verunreinigungen
– Atome des Edelgases Neon –
eingeblasen. Durch den Kontakt mit
dem heißen Plasma werden sie zum
Leuchten angeregt und schaffen so
die Energie auf sanfte Weise als Ultraviolett-
oder Röntgenlicht aus dem
Plasma. Infolgedessen war trotz hoher
Heizleistung keine nennenswerte
Erhitzung der Divertorplatten festzustellen.
Allerdings zeigten Versuche,
dieses H-Regime mit „strahlender
Randschicht“ auch am derzeit größten
Fusionsexperiment JET in Culham
zu verwirklichen, dass sich die
günstigen Wärmeisolationseigenschaften
nicht ohne weiteres übertragen
lassen. Daher werden an ASDEX
Upgrade auch andere Wege zur sanften
Leistungsabfuhr untersucht: Inzwischen
ist es durch spezielle Formung
des Plasmaquerschnitts, insbesondere
die „Dreieckigkeit“, gelungen,
einen Plasmazustand mit hoher
Plasmadichte und kleinen, hochfrequenten
ELMs zu erreichen, der in
seinen Einschlusseigenschaften dem
H-Regime mit strahlender Randschicht
überlegen ist. Zur Zeit ist jedoch
noch offen, ob ITER eine Kombination
beider Rezepte zur sanften
Energieabfuhr einsetzen muss, um
die Divertorbelastung verträglich zu
halten.
Neben der Optimierung der Leistungsabfuhr
wurden aber auch die
Einschlusseigenschaften des H-Regimes
weiterentwickelt. Ein Beispiel