Wendelstein 7-X: Jetzt wird es spannend

  • 15. September 2017

Erste Plasmen in aufgerüsteter Anlage.

Die Plasmaexperimente an der Fusionsanlage Wendelstein 7-X im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Greifswald haben nach 15 Monaten Umbaupause wieder begonnen. Die zusätzliche Ausrüstung hat die Anlage fit für höhere Heizleistung und längere Pulse gemacht. Damit werden nun Experimente möglich, in denen das Wendelstein 7-X zu­grunde­lie­gende optimierte Konzept geprüft werden kann. Wendelstein 7-X, die weltweit größte Fusions­anlage vom Typ Stellarator, soll die Kraftwerkseignung dieses Bautyps untersuchen.

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Abb: Blick in das mit Grafitkacheln verkleidete Plasmagefäß. (Bild: IPP/Jan Michael Hosan)

Neben neuen Heizungs- und Mess­appa­raturen wurden seit März letzten Jahres, dem planmäßigen Ende der ersten Experi­mentier­phase, über 8000 Wand­­kacheln und zehn „Divertor“-Module aus Grafit im Plasmagefäß der Fusions­anlage montiert. Diese Ver­klei­dung soll die Gefäßwände schützen und für die kommenden Experimente höhere Tem­pe­ra­turen sowie zehn Sekunden lange Plasmaentladungen möglich machen.

Eine besondere Funktion erfüllen dabei die zehn Teilstücke des Divertors: In breiten Streifen an der Wand des Plasmagefäßes folgen seine Kacheln genau der verwundenen Kontur des Plasmarandes. So schützen sie speziell diejenigen Wandbereiche, auf die entweichende Teilchen aus dem Rand des Plasmaringes gezielt gelenkt werden. Zu­sam­men mit unerwünschten Verun­reinigungen werden die auftreffenden Teilchen hier neu­tra­lisiert und abgepumpt. Der Divertor ist damit ein wichtiges Werkzeug, Reinheit und Dichte des Plasmas zu regeln.

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Abb.: Eine der ersten Plasma­ent­la­dungen im auf­ge­rüs­te­ten Gefäß (eingefärbtes Schwarz-­Weiß-­Foto). (Bild: IPP/­Wigner RCP)

Bereits am kleineren Vorgänger, dem Stellarator Wendel­stein 7-AS im IPP in Garching, waren die Er­geb­nisse der Divertor­tests ermutigend. Aber erst im deutlich größeren Greifswalder Nachfolger Wendelstein 7-X sind die geometrischen Verhältnisse – insbesondere das Verhältnis von Divertorfläche zu Plasmavolumen – kraft­werksähnlich. „Wir sind deshalb sehr gespannt, nun erstmals untersuchen zu können, ob das Divertor­kon­zept eines optimierten Stellarators wirklich gut funk­tio­niert“, sagt Projektleiter Professor Thomas Klinger. Diese Tests werden breiten Raum einnehmen: Sorgfältig wird man in vielen Detailuntersuchungen prüfen, wie das Plasma zu führen ist und welche Mag­net­feld­struk­turen, Heiz- und Nachfüllverfahren am er­folg­reichsten sind.

Da für die Mikrowellen-Heizung des Plasmas inzwischen alle zehn Mikro­wellen­sender einsatzbereit sind, werden nun ein größerer Energie­durch­satz und Plasmen höherer Dichte möglich: Von 4 Megajoule im Jahr 2016 wird man sich jetzt – indem man nach und nach alle Einsatzvarianten der Mikro­wellen­heizung durch­spie­len und testen wird – auf eine Energie von 80 Megajoule steigern. Die bisher noch recht niedrige Plasmadichte lässt sich damit auf kraft­werks­ähn­liche Werte mehr als ver­dop­peln.

Dies hat bedeutende Konsequenzen: Erst bei genügender Dichte des Plasmas können Elektronen und Ionen effektiv Energie austauschen. Zuvor hatte die Mikrowellenheizung fast nur die Elektronen geheizt. Statt 100 Millionen Grad heißer Elektronen und kalter Ionen mit 10 Millionen Grad wie bisher werden in den neuen Plasmen Elektronen und Ionen fast gleiche Temperatur bis zu 70 Millionen Grad besitzen. Damit sollte auch die Wärm­eisolation des Plasmas steigen. War sie bislang, bezogen auf die Anlagengröße, nur oberer Durchschnitt, sollte sich nun die Wirkung der Wendelstein 7-X zugrundeliegenden Optimierung zeigen können: „Es wird sehr spannend“, sagt Thomas Klinger.

IPP / LK

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