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Institut für Energie- und Klimaforschung

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"Mirror-Station": Jülich entwickelt optische Komponenten für ITER

2. April 2012 – Eine vom Forschungszentrum Jülich koordinierte internationale Arbeitsgruppe hat ein neues Spiegelsystem für den Fusionsreaktor ITER, den nächsten großen Schritt der weltweiten Fusionsforschung, und seine Nachfolger fertiggestellt. Die "Mirror-Station" hat selbstschließende Abdeckklappen, um optische Komponenten vor Verunreinigen durch Partikelströme in der Brennkammer zu schützen. Seit Mitte März testen die Forscher das Modul in den USA auf seine Praxistauglichkeit.

Optische Beobachtungsmethoden sind unverzichtbar, um Kernfusion weiter erforschen und nutzen zu können. Das Licht, das in einem Plasma erzeugt wird, erzählt enorm viel über dessen Eigenschaften, wie etwa seine Zusammensetzung und die Konzentration verschiedener Isotope und Elemente. Weltweit suchen Wissenschaftler daher nach einer Lösung, um solche optischen Analysen in ITER und späteren Kraftwerken weiterhin zu ermöglichen. Wegen der intensiven Neutronenstrahlung wird sich das Licht nur indirekt über Spiegelsysteme beobachten lassen, die am Rand des Plasmas positioniert werden. In diesem Bereich sind die Spiegel allerdings Verunreinigungen durch Beryllium- und Wolframpartikel ausgesetzt, die durch den Kontakt mit dem heißen Plasma aus dem Wandmaterial herausgeschlagen werden.

Das neue Jülicher Spiegelsystem für ITER verfügt über schnell bewegliche Schutzklappen aus einkristallinem Molybdän, die den Spiegel nur in der Hauptphase des Plasmapulses freigeben. Dadurch schützen sie die empfindlichen optischen Komponenten in der Zündphase, in der die größte Verunreinigungsgefahr besteht. Weil die hohen Magnetfeldstärken in der Brennkammer elektrische Schaltungen stören, setzt die Jülicher "Mirror-Station" auf eine vollkommen passive Steuerung. Dazu wird eine zusätzliche Magnetfeldkomponente ausgenutzt, die entsteht, sobald das Plasma in einem Tokamakreaktor wie ITER zündet. Sie wirkt auf einen magnetischen Ferritkern in der "Mirror-Station" ein, der die Schutzklappen rein passiv öffnet.

"Wir haben die elektromagnetische Belastung des Systems in einer Tokamak-Umgebung bereits umfangreich untersucht und unsere in Jülich entwickelten Softwarecodes genutzt, um die Freisetzung von Verunreinigungsatomen und deren unerwünschte Redeposition auf den Spiegeloberflächen zu minimieren. Wir glauben, mit unserer Entwicklung einen ganz wesentlichen Beitrag dazu leisten zu können, dass auch an ITER optische Messtechnik weiterhin möglich sein wird", berichtet Projektleiter Dr. Andrey Litnovsky vom Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung. Seit Mitte März muss die Jülicher "Mirror-Station" ihre Praxistauglichkeit im US-amerikanischen Forschungsreaktor DIII-D in San Diego unter Beweis stellen, der wie ITER nach dem Tokamak-Prinzip aufgebaut ist. Danach sind weitere Testläufe am chinesischen Fusionsexperiment EAST in Hefei, am ASDEX-Upgrade beim Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Garching bei München und am Jülicher Tokamak TEXTOR geplant.


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Vorderseite der Jülicher "Mirror-Station" im Testaufbau mit den dem Fusionsplasma zugewandten passiven magnetischen Schutzklappen.
Quelle: Forschungszentrum Jülich.

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fusion@fz-juelich.de


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