Broschüre "Kernfusion" - KIT - PL FUSION

70
Tab. 1:
Charakteristische
Daten des
Experimentes
ASDEX Upgrade
Da die Obergrenze für den Plasmadruck
um so niedriger liegt, je größer
die Anlagen sind, schienen in einem
Kraftwerk die Tearing-Moden zunächst
unvermeidlich. Um so größer
war das Aufsehen, als es an ASDEX
Upgrade 1999 erstmals gelungen war,
die Bildung dieser magnetischen
Inseln zu behindern: Dazu hat man
gezielt – auf Zentimeter genau – Mikrowellen
in die Mitte einer entstehenden
Insel eingestrahlt. So wurde lokal
ein elektrischer Strom erzeugt, der
die Insel auflöst. Die Magnetfeldstörung
wird unterdrückt und der Plasmadruck
kann wieder ansteigen.
Durchschlagenden Erfolg hatte man
dann ein Jahr später, als es gelang,
eine Insel gänzlich wegzupusten. Bestätigt
werden konnte die neue Methode
kurz danach an Fusionsanlagen
in den USA und in Japan.
2004 ist es an ASDEX Upgrade nicht
nur gelungen, eine besonders störende
Tearing-Mode zu stabilisieren, die
bis zum Abbruch der Entladung führen
kann. Nach der Verbesserung des
Zielverfahrens gelang dies auch noch
mit sehr geringer Mikrowellenleistung:
Zur Stabilisierung genügten –
Radius der Anlage (über alles): 5 Meter
Höhe (über alles): 9 Meter
Gewicht: 800 Tonnen
Großer Plasmaradius: 1,65 Meter
Plasmahöhe: 1,60 Meter
Plasmabreite: 1,00 Meter
Plasmavolumen: 14 Kubikmeter
Plasmagewicht 0,003 Gramm
Anzahl der Toroidalfeldspulen: 16
Magnetfeld: 3,1 Tesla
Plasmastrom: max. 1,6 Megaampere
Heizleistung: max. 30 Megawatt
- Stromheizung 1 Megawatt
- Neutral-Injektion 20 Megawatt
- Ionen-Zyklotronheizung 6 Megawatt
- Mikrowellen-Heizung 4 Megawatt
Pulsdauer: 10 Sekunden
präzise in die richtige Stelle eingestrahlt
– weniger als zehn Prozent der
insgesamt aufgewandten Heizleistung.
Damit kann man sicher sein, ein
Instrument zur Kontrolle der magnetischen
Inseln gefunden zu haben. Zu
untersuchen ist nun, ob es für ITER
alltagstauglich ist. Um diesen Schritt
von der Physik zur Technik zu gehen,
will man das Verfahren automatisieren:
Das Erkennen der Inseln und ihr
Anzielen per Mikrowelle soll in die
automatisierte Feed-Back-Steuerung
von ASDEX Upgrade aufgenommen
werden. Das System soll die Ausbildung
einer Insel selbständig registrieren,
dann die Insel mit beweglichen
Spiegeln anvisieren und den
Mikrowellenstrahl auslösen. In den
ITER-Plänen ist für diesen Zweck
bereits eine steuerbare Einkopplung
für Mikrowellen vorgesehen.
Studien zum Wandmaterial
Zusätzlich untersucht man an ASDEX
Upgrade unterschiedliche Wandmaterialien,
die den Leistungs- und Teilchenflüssen
in einem Kraftwerk standhalten
können. Neben dem an vielen
Fusionsanlagen eingesetzten Kohlen-
stoff, der sich durch hervorragende
thermische und mechanische Eigenschaften
auszeichnet, wurde an
ASDEX Upgrade sehr erfolgreich mit
einer Wolframbeschichtung des Divertors
und der inneren Wand experimentiert
(siehe auch Kap. 7.1.4).
Wolfram ist in seinen thermischen
und mechanischen Eigenschaften
dem Kohlenstoff noch überlegen und
kann darüber hinaus, im Gegensatz
zu Kohlenstoff, nur wenig Wasserstoff
binden, was sich in einem Kraftwerk
günstig auf das Tritiuminventar
auswirken würde.
Wolframverunreinigungen können jedoch
in wesentlich geringerem Maße
als Kohlenstoff im Plasma geduldet
werden, da Wolfram zu starken Abstrahlungsverlusten
führt. ASDEX
Upgrade konnte jedoch zeigen, dass
in Verbindung mit der sanften Wärmeabfuhr
im Divertor nur wenige
Wolframatome an den Prallplatten
losgelöst werden und ins Plasma eindringen
können. Wolfram steht damit
als ernsthafter Kandidat zur Wandauskleidung
in künftigen Fusionsanlagen
zur Verfügung.