Broschüre "Kernfusion" - KIT - PL FUSION

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Ein weiterer wichtiger Parameter ist
die zentrale Konzentration des Wolframs,
wie sie sich in verschiedenen Entladungsszenarien
einstellt. Zu ihrer
Bestimmung in ASDEX Upgrade
dienten spektroskopische Beobachtungen
der zahlreichen Ionisationsstufen
von Wolfram. Zusammen mit
theoretischen Beschreibungen des
Wolfram-Verhaltens gelang es erstmals,
die einzelnen Ionisationsstufen
und damit die lokalen Wolframkonzentration
und deren raum-zeitliches
Verhalten im Plasma zu bestimmen.
Es zeigte sich, dass in Entladungen,
die als ITER-Referenzszenario geplant
sind, sehr niedrige Konzentrationen
weit unter den für ITER erlaubten
10 -5 ohne zentrale Anhäufung erzielt
werden. In Entladungen mit sehr gutem
zentralen Einschluss können sich
allerdings sehr zugespitzte Konzentrationsprofile
einstellen. Aufbauend
auf neueren Erkenntnissen über den
Teilchen- und Wärmetransport im
Hintergrundplasma ließ sich diese
Akkumulation jedoch durch zentrale
Wellenheizung vollständig unterdrücken.
Die zusätzlich notwendige
Heizleistung – rund 10 bis 20 Prozent
der ursprünglichen Heizleistung –
und die resultierende Einschlussverschlechterung
um rund 5 Prozent sind
äußerst moderat.
Insgesamt ergibt sich das ermutigende
Ergebnis, dass trotz mehr als 65
Prozent Wolfram-Oberfläche der Plasmabetrieb
in ASDEX Upgrade nur
gering beeinflusst wurde. Die Vorgänge,
die zur Anhäufung des Wolframs
im Zentrum führen können,
wurden aufgeklärt und Methoden entwickelt,
dies aktiv zu verhindern. Die
erarbeiteten Techniken scheinen auch
für ein Kraftwerk geeignet zu sein.
Künftige Untersuchungen sollen dem
Verhalten einer gänzlich kohlenstofffreien
Fusionsanlage gelten.
Die Anwendung von Wolfram in
ITER und in zukünftigen Fusionskraftwerken
erfordert im Gegensatz
zu ASDEX Upgrade dicke Wolframbeschichtungen
mit einer Stärke von
einigen Millimetern. Diese Schichten
wurden in Zusammenarbeit mit der
Industrie mittels des so genannten
Plasma-Spray-Verfahrens auf Edelstahlwandbauteilen
abgeschieden und optimiert.
Belastungstests unter anderem
am Forschungszentrum Jülich zeigten,
dass diese Wandbeschichtungen
den Wärmeflussbelastungen in ITER
und auch in Kraftwerken standhalten
können.