Suche

zur Hauptseite

Institut für Energie- und Klimaforschung

Navigation und Service


Wendelstein 7-X

In Greifswald entsteht zurzeit der Stellarator Wendelstein 7-X, ein zum Tokamak alternatives Konzept beim magnetischen Einschluss von Fusionsplasmen. Das Forschungszentrum Jülich unterstützt das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik beim Aufbau dieses Experiments, indem es die Konstruktion und Fertigung wichtiger elektrotechnischer und mechanischer Komponenten übernommen hat.

Das Stellaratorprinzip stellt eine vielversprechende Alternative zum Tokamak dar, weil es prinzipbedingt einen stationären Plasmabetrieb erlaubt. Die Aussicht auf Stationarität eröffnet neue Möglichkeiten, um reaktorrelevante physikalische Fragen zu studieren. Allerdings ergeben sich hieraus auch zusätzliche technische Schwierigkeiten, die gelöst werden müssen. Sie hängen unter anderem mit den komplex geformten supraleitenden Magnetfeldspulen, der Haltbarkeit und Kühlung von Wandkomponenten sowie mit der Kontrolle und Datenerfassung für Diagnostiksysteme zusammen. Jülich ist am Aufbau des Greifswalder Experiments beteiligt und entwickelt außerdem Plasmabeobachtungssysteme (Diagnostiken) für Wendelstein 7-X. In Zukunft wird sich Jülich auch an der wissenschaftlichen Arbeit an diesem neuen Experiment beteiligen.

Aufbau von Wendelstein 7-X

Jülich hat die Entwicklung, Herstellung und Montagevorbereitung des supraleitenden Bussystems für Wendelstein 7-X übernommen. Das Bussystem verbindet die 70 supraleitenden Spulen untereinander sowie mit den Stromzuführungen. Das Projekt umfasst die Busleiter selbst, die Stützstruktur – bestehend aus Verbindungselementen und flexiblen anpassbaren Stützen – und die Verbindungselemente zur elektrischen und hydraulischen Kopplung der Busleiter. Außer der Herstellung des komplexen Verbindungsschemas muss das Bussystem für beträchtliche elektromagnetische Kräfte, thermomechanische Belastungen und Hochspannungsfestigkeit ausgelegt werden. Die Anforderungen sind unter Beachtung zahlreicher geometrischer Randbedingungen in einem sehr beengten Bauraum zu erfüllen. Eine besondere Herausforderung besteht darin, in der Stützstruktur die erforderliche Festigkeit zur Aufnahme der Kräfte mit einer hinreichenden Flexibilität zur Tolerierung thermisch und magnetisch bedingter gegenseitiger Verschiebungen der Stützpunkte zu verbinden.

bild_forschung_fusionstechnologie_02

Supraleitendes Bussystem für eines von fünf Modulen des Magnetspulensystems an Wendelstein 7-X.

In Jülich wurden das Bussystem entwickelt, die Fertigungs- und Prüfeinrichtungen erstellt sowie der Herstellungs- und Prüfprozess qualifiziert. Mit der Montage der letzten Busleiter in Greifswald wurde das Projekt 2010 erfolgreich beendet.

Für den Entwicklungsprozess wurde ein komplexes strukturmechanisches Simulationsmodell erstellt, das die relevanten Eigenschaften des gesamten Bussystems repräsentiert und minimale Rechenzeit erfordert. Damit war es möglich, in einem umfangreichen Iterationsprozess zwischen Konstruktion und Berechnung die rund 80 verschiedenen Stützen in ihren Auswirkungen auf die Kräfteverteilung zu erfassen und zu optimieren.

Plasmabeobachtungssysteme

Für einen Satz von vier neuen Spektrometern zur Beobachtung des extrem ultravioletten Spektralbereichs (VUV/XUV) wurde ein optisches Design entwickelt. Die Geräte sollen am Stellarator Wendelstein 7-X zur Überwachung des Gehalts an Plasmaverunreinigungen und für Experimente zum Studium des Transports von Plasmaverunreinigungen eingesetzt werden. Die neuen Geräte werden den gesamten Wellenlängenbereich von 2,5 nm bis 160 nm überdecken, aufgeteilt in vier Teilbereiche mit geringer Überlappung, so dass eine vollständige Erfassung aller wichtigen Spektrallinien der relevanten Plasmaverunreinigungen erreicht wird. Numerisch optimierte holografische Beugungsgitter wurden zu diesem Zweck entwickelt und die Geometrie und Detektoreigenschaften so gewählt, dass eine hohe Effizienz der Spektrometer bei guter Auflösung erreicht wird. Die Spektrometereigenschaften werden durch Ray-Tracing-Berechnungen getestet und optimiert. Mit Hilfe des Computercodes "STRAHL" wurden simulierte Spektren im genannten Wellenlängenbereich getestet, um die Möglichkeiten zur Linienidentifikation und -trennung für relevante Plasmabedingungen zu untersuchen. Es zeigt sich, dass mit den neuen Geräten unter typischen Bedingungen eine eindeutige Identifizierung aller relevanten Plasmaverunreinigungen möglich sein wird. Aufgrund des großen erfassten Photonenflusses wird zudem eine hohe Messgenauigkeit beim Betrieb der neuen Spektrometer erreicht: Die Zeitauflösung der Diagnostiksysteme wird mit bis zu einer Millisekunde sehr hoch sein.

Experimentiereinrichtungen zur Untersuchung von Plasma-Wand-Wechselwirkungen

Die Entwicklung einer Reihe weiterer Beobachtungssysteme für den Plasmarandschichtbereich in Wendelstein 7-X ist in Jülich geplant. Teilweise werden diese neuen Systeme vorher an TEXTOR erprobt. Dazu gehören auch Sonden und Manipulatoren zur kurzzeitigen Positionierung von Sensoren oder Materialproben im Bereich des Randschichtplasmas. Die Mitarbeit des Forschungszentrums bei der Ausstattung von Wendelstein 7-X zielt langfristig auf eine gemeinsame wissenschaftliche Arbeit auf dem Gebiet der Plasma-Wand-Wechselwirkung ab.

Kontakt

Dr.-Ing. Olaf Neubauer

Telefon 02461 61-4659
Telefax 02461 61-3331
o.neubauer@fz-juelich.de


Servicemenü

Homepage