Heizung für ITER
Der Heizstrahl im Teststand ELISE des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik in Garching hat die ITER-Werte erreicht: Für tausend Sekunden wurde ein gepulster Teilchenstrahl aus negativ geladenen Wasserstoff-Ionen erzeugt in der für ITER gewünschten Stromstärke von 23 Ampere. 1,2 Megawatt Leistung kann er transportieren.
|
|
|
Beschleunigungsgitter in der Ionenquelle ELISE (Foto: IPP)
|
 |
|
ELISE bereitet eine Heizmethode vor, die das Plasma des internationalen Fusionstestreaktors ITER auf viele Millionen Grad bringen soll. ITER, der zurzeit in Frankreich aufgebaut wird, soll – ähnlich wie die Sonne – aus der Verschmelzung von Atomkernen Energie gewinnen.
Zum Zünden des Fusionsfeuers muss der Brennstoff, ein Wasserstoffplasma, in einem Magnetfeldkäfig eingeschlossen und auf extreme Temperaturen aufgeheizt werden – zum Beispiel durch schnelle Wasserstoffatome, die in das Plasma hineingeschossen werden. Aus Wasserstoff-Gas erzeugt dazu eine Ionenquelle geladene Wasserstoff-Ionen, die durch hohe Spannung beschleunigt und anschließend wieder neutralisiert werden. Als schnelle Atome können sie ungehindert durch den Magnetfeldkäfig in das Plasma eindringen.
|
|
|
Leistungsdichte des Teilchenstrahls, aufgezeichnet im Infrarot-Foto eines Kalorimeters.
(Abbildung: IPP)
|
|
|
Auf diese Weise erreichen heutige Fusionsanlagen ein Mehrfaches der Sonnentemperatur. Die Großanlage ITER stellt jedoch erhöhte Anforderungen: Die Teilchenstrahlen müssen viel dicker und die einzelnen Teilchen viel schneller sein als bisher, damit sie tief genug in das voluminöse ITER-Plasma hineinfliegen können. Weil die heute zur Beschleunigung genutzten elektrisch positiv geladenen Ionen sich bei hohen Energien nicht mehr effektiv neutralisieren lassen, werden für ITER negativ geladene Ionen verwendet. Die fragilen Teilchen – sie binden quasi ein Elektron „zuviel“ – entstehen in einer im IPP entwickelten Hochfrequenz-Ionenquelle. Mit rund einem Quadratmeter Querschnittsfläche ist die ELISE-Quelle halb so groß wie eine spätere ITER-Quelle.
|
|
|
Die Testanlage SPIDER in Padua (Foto: Fusion for Energy)
|
|
|
Seit 2012 ist man Schritt für Schritt in neue Größenordnungen vorgedrungen (siehe Energie-Perspektiven 1/2015). Kürzlich gelang es nun, den von ITER gewünschten, rund 23 Ampere starken Strahl negativ geladener Wasserstoff-Ionen zu erzeugen. Seither arbeitet man am zweiten Teil der Aufgabe: Ionen-Strahlen aus der schweren Wasserstoff-Variante Deuterium. Das System in Originalgröße wird das italienische Fusionsinstitut Consorzio RFX in Padua untersuchen und dabei mit dem IPP zusammenarbeiten. Die Testanlage SPIDER ging dort Anfang Juni in Betrieb. Ihre Zieldaten: einstündige Pulse mit vollem ITER-Strahlquerschnitt und 6 Megawatt Leistung in Wasserstoff und Deuterium.
imi
