„Mirror-Station“: Jülich entwickelt optische Komponenten für ITER

  • 02. April 2012

Eine vom Forschungszentrum Jülich koordinierte internationale Arbeitsgruppe hat ein neues Spiegelsystem für den Fusionsreaktor ITER 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.

Abb.: Vorderseite der Jülicher „Mirror-Station“ im Testaufbau mit den dem Fusionsplasma zugewandten passiven magnetischen Schutzklappen. (Bild: FZ Jülich)

Abb.: Vorderseite der Jülicher „Mirror-Station“ im Testaufbau mit den dem Fusionsplasma zugewandten passiven magnetischen Schutzklappen. (Bild: FZ Jülich)

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 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 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 Re-Deposition 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“, sagt Projektleiter 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.

FZ Jülich / PH

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