Das Forschungszentrum Jülich - d-nb, Archivserver DEPOSIT.D-NB ...

Mittelfristiges Ziel der weltweit koordinierten Kernfusionsforschung ist die Verwirklichung eines
brennenden Plasmas mit 500 MW Fusionsleistung, acht Minuten Brenndauer und zehnfacher
Leistungsverstärkung. Dies soll mit dem Bau des kurz vor dem Beschluss stehenden ITER-Projekts
erreicht werden. ITER beruht auf dem Tokamakprinzip, dem bisher am weitesten entwickelten
Konzept zum Einschluss eines heißen Fusionsplasmas.
B - Programmstruktur
Innerhalb der Helmholtzgemeinschaft beteiligen sich die Forschungszentren Max-Planck-Institut für
Plasmaphysik (IPP), das Forschungszentrum Karlsruhe (FZK) und das Forschungszentrum Jülich
(FZJ) an der Fusionsforschung. Alle drei Zentren sind mit dem europäischen Fusionsprogramm
assoziiert. Komplementär zum Programmthema ITER, das sich mit der technischen Verwirklichung
dieses Projekts beschäftigt, behandelt das Programmthema Tokamakphysik die physikalischen
Grundlagen zur Verwirklichung eines brennenden Fusionsplasmas. Während das FZK
schwerpunktmäßig die Programmthemen ITER und Fusionstechnologie bearbeitet, wird die
Tokamakphysik allein durch IPP und FZJ vertreten. Im Programmthema Stellarator spielt der
gemeinsame Bau des Stellarators Wendelstein 7-X in Greifswald eine zentrale Rolle. Zum
allgemeinen Programmthema Fusionstechnologie trägt Jülich insbesondere durch die Qualifikation
hochbelasteter Wandmaterialien mit Relevanz für ITER, Wendelstein 7-X und DEMO bei.
C - Programmergebnisse
ITER
Die internationale Fusionsforschung hat mit ihren Experimentieranlagen bewiesen, dass sie die
physikalischen Prinzipien zur Zündung des Fusionsfeuers heute kennt. Nun muss gezeigt werden,
dass ein wirtschaftlicher Dauerbetrieb im Kraftwerksmaßstab möglich ist. Ein wichtiger Schritt in diese
Richtung ist der nun in weltweiter Kooperation geplante Bau des 500-Megawatt-Experimentalreaktors
ITER mit zehnfacher Leistungsverstärkung und einer Brenndauer von etwa acht Minuten pro
Plasmapuls. Die Ergebnisse von ITER werden entscheidend für die Auslegung des ersten
Demonstrationskraftwerks DEMO sein.
Das Forschungsprogramm des FZJ orientiert sich an der Strategie des europäischen
Forschungsprogramms (Assoziation EURATOM-FZJ und European Fusion Development Agreement
EFDA), in welchem die Realisierung von ITER und die ITER-unterstützende Forschung eine zentrale
Rolle spielen. Konkrete Arbeiten für ITER umfassen die Gebiete a) Materialien der Ersten Wand, b)
Plasmawandwechselwirkung, c) Diagnostik und d) Heizung und Stromtrieb.
Plasmainteraktive Materialien und Komponenten für hohe Wärmebelastungen
Im Rahmen der Materialentwicklung für thermisch hochbelastete Bauteile von ITER wurde vonseiten
der Industrie bzw. anderen Forschungseinrichtungen eine Vielzahl von miniaturisierten Wandmodulen
gefertigt, die hinsichtlich des Designs, der eingesetzten Verbindungstechniken und der Wahl des
plasmainteraktiven Materials (Beryllium, CFC, Wolfram) einen weiten Bereich abdecken. Diese
Bauteile wurden in der Elektronenstrahlanlage JUDITH getestet; bei diesen Untersuchungen stand
neben der Ermittlung des Wärmeabfuhrverhaltens insbesondere die Schädigung durch thermische
Ermüdung im Vordergrund.
Für den Divertor von ITER vorgesehene Module mit CFC oder Wolframarmierung haben bei diesen
Experimenten thermische Flüsse von bis zu 25 MW pro Quadratmeter bei zyklischer Belastung (n =
1000) unbeschadet überstanden und erfüllen somit die von ITER geforderten Spezifikationen. Auf der
Monoblock-Bauweise beruhende Bauteile erwiesen sich bei diesen Experimenten gegenüber dem
Flachziegelkonzept als schadenstoleranter. Neben den beiden für den Divertor vorgesehen
Materialien (Kohlenstoff und Wolfram) wurde ebenfalls eine Vielzahl berylliumarmierter Module für die
erste Wand von ITER erfolgreich getestet.
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