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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Plasma-Wand-Wechselwirkung - ein Schlüsselthema auf dem Weg zum Fusionskraftwerk

Um Energie aus Fusion zu gewinnen, benötigt man ein 100 Millionen Grad heißes Plasma. Mit Hilfe von starken Magnetfeldern schützt man die Wand und reduziert zwar die Wechselwirkung des Plasmas mit den Wänden einer Fusionsanlage, es verbleiben aber immer noch erhebliche und grundsätzlich unvermeidbare Belastungen. Daher ist das Thema Plasma-Wand-Wechselwirkung schon von Anbeginn im Fokus der Fusionsforschung - insbesondere in Jülich ist es heute das zentrale Thema. Mehr: Plasma-Wand-Wechselwirkung - ein Schlüsselthema auf dem Weg zum Fusionskraftwerk …

Lineares Plasma in der PSI-2

Plasma-Wand-Wechselwirkung an linearen Plasma-Anlagen

Die Wechselwirkung zwischen dem Plasma und den Wandmaterialien eines Fusionsreaktors bestimmt ganz wesentlich die Lebensdauer der Wandkomponenten und damit die Wirtschaftlichkeit der Anlage. Gerade im Hinblick auf das im Bau befindliche ITER Experiment und den ersten Demonstrationsreaktor DEMO stellen sich besondere Herausforderungen. Mehr: Plasma-Wand-Wechselwirkung an linearen Plasma-Anlagen …

Wärmeflusstest von Erste-Wand-Komponenten

Materialien und Komponenten

Als "erste Wand" wird die Oberfläche der Reaktor-Innenwand bezeichnet. Sie steht im direkten Kontakt mit der Randschicht des Plasmas und ist damit unmittelbar dem Einfluss des Plasmas ausgesetzt. Das bedeutet, dass dort sehr hohe Temperaturen bis zu 1000 °C zu erwarten sind. Zudem ist der magnetische Einschluss der Ionen im Plasma nicht perfekt, so dass die Oberfläche der ersten Wand zusätzlich einem ständigen Beschuss mit Ionen aus dem Plasma ausgesetzt ist. Mehr: Materialien und Komponenten …

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JET

Das Forschungszentrum hat für das weltweit führende Fusionsexperiment JET eine neue Brennkammerwand entworfen und gebaut: die "ITER-like Wall". Sie besteht vollständig aus dem Material mit dem höchsten Schmelzpunkt – Wolfram. Dieses erst bei 3422 °C schmelzende Metall soll später auch bei ITER eingesetzt werden. Jülicher Wissenschaftler testen ein Erfolg versprechendes Design bereits heute in JET. Mehr: JET …

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ITER

In internationaler Zusammenarbeit entsteht bis 2020 in Cadarache im Süden von Frankreich das große Fusionsexperiment ITER (lat.: Der Weg). ITER verfolgt das Ziel, die physikalische und technologische Machbarkeit der Fusionsenergie im Kraftwerksmaßstab nachzuweisen und damit den Weg für eine kommerzielle Nutzung der Fusion zu ebnen. An ITER soll durch die Fusion von schwerem Wasserstoff (Deuterium) und überschwerem Wasserstoff (Tritium) zum ersten Mal eine Fusionsleistung von bis zu 500 Millionen Watt erzeugt werden. Mehr: ITER …

Blick in den Stellarator Wendelstein 7-X

Wendelstein 7-X

Im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Greifswald entsteht zurzeit mit Wendelstein 7-X der weltweit größte Stellarator. Das Stellarator-Prinzip stellt beim magnetischen Einschluss von Fusionsplasmen eine vielversprechende Alternative zum Tokamak dar, da es einen stationären Plasmabetrieb erlaubt und damit neue Möglichkeiten eröffnet, um reaktorrelevante physikalische Fragen zu studieren. Wendelstein 7-X stellt aber auch neue Herausforderungen, die einerseits mit der komplexen Geometrie und andererseits mit der erforderlichen Dauerbetriebsfähigkeit von Wandkomponenten, Plasmabeobachtungssystemen (Diagnostiken) sowie der Steuerung und Datenerfassung zusammenhängen. Mehr: Wendelstein 7-X …

Designstudie des Fusionsreaktors DEMO

DEMO

Zurzeit wird in Cadarache im Süden von Frankreich das große Fusionsexperiment ITER (lat.: Der Weg) aufgebaut. ITER ist der weltweit erste Fusionsreaktor – er wird bei der Fusion von Deuterium und Tritium eine positive Leistungsbilanz erzielen. Die Plasmapulse werden jedoch nur eine Dauer von einigen Minuten bis zu einer Stunde erreichen und die erzeugte Fusionsleistung zu gering sein, um dauerhaft Strom zu erzeugen. Die Netto-Stromerzeugung ist dann für eine nachfolgende Anlage, den Demonstrationsreaktor DEMO, vorgesehen. Dieser wird im Vergleich zu ITER etwas größer sein, eine höhere Fusionsleistung und Leistungsverstärkung aufweisen, und kann somit elektrische Energie im Maßstab von einigen hundert Millionen Watt in das Netz einspeisen. Ein wichtiges Ziel von DEMO ist auch eine höhere Verfügbarkeit im Vergleich zu ITER, was einerseits längere Plasmapulse und andererseits eine längere Haltbarkeit aller Komponenten voraussetzt. Mehr: DEMO …

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Theoretische und numerische Methoden zur Plasma-Wand Wechselwirkung

Die Entwicklung zukünftiger Fusionsreaktoren wie ITER und DEMO, als Tokamaks oder Stellaratoren, erfordert präzise Vorhersagen zur Stabilität des Plasmabetriebs und der Intensität der Plasma-Wand-Wechselwirkung. Ein wesentliches Ziel der theoretischen Fusionsphysik in Jülich ist es, das Plasma-Wand-System so gut mathematisch zu beschreiben, dass zuverlässige Berechnungen und Vorhersagen möglich werden. Allerdings ist dieses Problem durch einen hohen Grad an Komplexität gekennzeichnet, da eine Vielfalt von elektromagnetischen, strömungsmechanischen, kinetischen, atomphysikalischen, chemischen und oberflächenphysikalischen Prozessen zusammenspielen und überdies auf sehr unterschiedlichen zeitlichen und räumlichen Skalen stattfinden. Mehr: Theoretische und numerische Methoden zur Plasma-Wand Wechselwirkung …

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Tokamakphysik

Fusionsmaterie ist widerspenstig, vor allem, wenn sie in Magnetfeldern eingefangen werden soll: Instabilitäten und Disruptionen können nicht nur Schaden an den Materialien der Brennkammerwand anrichten, sie sind zudem hinderlich für eine kontinuierliche Energieerzeugung. Wir erforschen die physikalischen Mechanismen, die dahinter stecken, und wir entwickeln Gegenmaßnahmen. Mehr: Tokamakphysik …

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TEXTOR

war 30 Jahre lang bis Ende Dezember 2013 unser größtes Fusionsexperiment in Jülich. Seine Aufgabe war die Belastung der Brennkammer-Innenwand mit Wärme und Plasmateilchen, deren Intensität derjenigen von ITER und späteren Kraftwerken bereits heute entspricht: TEXTOR war eine Testanlage für das Wandmaterial von Fusionskraftwerken. Sein Dynamischer Ergodischer Divertor (DED) erlaubte zudem eine wirksame Kontrolle von Instabilitäten im Fusionsplasma. Mehr: TEXTOR …

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Wissenschaftliche Veröffentlichungen

Wir veröffentlichen jedes Jahr weit mehr als einhundert Artikel zur Fusionsforschung in wissenschaftlichen Zeitschriften und Büchern. Außerdem finden Sie hier die Jahresberichte unseres Instituts (nur in englischer Sprache). Mehr: Wissenschaftliche Veröffentlichungen …


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