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Ausgabe 03/2020
Fusionsforschung

Sanfter Wandkontakt

Damit in einem späteren Fusionskraftwerk genügend viele Fusionsreaktionen ablaufen, muss das ultradünne, in einem magnetischen Käfig schwebende Plasma im Zentrum extrem heiß sein: mindestens 100 Millionen Grad Celsius. An seinem Rand jedoch sollte es möglichst kalt sein, um die Wände des Vakuumgefäßes nicht zu überlasten. Insbesondere gilt dies für die Stellen, an denen das Plasma Wandkontakt hat. Zusätzliche Belastungen sollten hier vermieden werden.


Plasma in der Fusionsanlage ASDEX Upgrade (Foto: IPP)

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Besonders unerwünscht sind sogenannte Edge Localized Modes, kurz ELMs. Bei dieser Störung verliert das Randplasma kurzzeitig seinen Einschluss und wirft periodisch Plasmateilchen nach außen. Zwar können heutige Fusionsanlagen dies leicht verkraften, Großanlagen wie ITER oder ein späteres Kraftwerk wären dieser Strapaze jedoch nicht gewachsen.

An der Fusionsanlage ASDEX Upgrade im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Garching wurde nun ein neues Verfahren zum Entschärfen der ELMs entwickelt. Es setzt ganz am äußersten Rand des Plasmas an. Dort sind, trotz des Größenunterschieds zwischen ASDEX Upgrade und einem späteren Kraftwerk, die Plasmawerte für beide gleich.


Das Plasmagefäß von ASDEX Upgrade (Foto: IPP)
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Gelingt es, hier – über das Magnetfeld – die richtige Plasmaform einzustellen und zugleich – durch Einblasen von Wasserstoff – für eine hohe Teilchendichte am Plasmarand zu sorgen, dann können sich ELMs nicht entwickeln. Stattdessen zeigen sich viele kleine Teilchenausbrüche. Sie flachen das Druckprofil am Plasmarand immer wieder ab, bevor sich ein zu steiler Druckanstieg in einer ELM-Instabilität entladen kann. In bis zu 500 kleinen Pulsen pro Sekunde kommt die Leistung aus dem Plasma nahezu kontinuierlich auf den Bodenplatten an – ohne die gute Wärmeisolation des Zentralplasmas zu beeinträchtigen.

Inzwischen ist klar, dass das neue Verfahren mit allen wichtigen Steuermethoden für das Plasma vereinbar ist. „Wir konnten zeigen, dass die quasikontinuierliche Energieabfuhr die wesentlichen Forderungen an ein Kraftwerksszenario erfüllt“, sagt Projektleiter Arne Kallenbach: „Unter zahlreichen Ansätzen macht sie dies zu der interessantesten und erfolgversprechendsten Betriebsweise für ein Kraftwerksplasma“.

imi