Panorama

Blaupausen für das Fusionskraftwerk

23.03.2021 - 30 Jahre ASDEX Upgrade - Betriebsweisen für JET und ITER.

Am 21. März 1991 erzeugte die Experimentier­anlage ASDEX Upgrade im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Garching das erste Plasma. Aufgabe dieser leistungs­stärksten nationalen Fusionsanlage vom Typ Tokamak in Europa ist es, Kernfragen der Forschung unter kraftwerk­sähnlichen Bedingungen zu untersuchen. Seit nunmehr dreißig Jahren erarbeitet ASDEX Upgrade Plasma­szenarien für JET, ITER und ein geplantes Fusions­kraftwerk DEMO. Ein ab Mitte 2022 geplanter Umbau soll die Anlage für die Zukunft rüsten.

Zum Zünden des Fusionsfeuers muss das Plasma nahezu berührungs­frei in Magnet­feldern eingeschlossen und auf hohe Temperatur über einhundert Millionen Grad aufgeheizt werden. Um die Wechsel­wirkung zwischen dem heißen Brennstoff und den umgebenden Wänden zu regulieren, wurde ASDEX Upgrade mit einem Divertor ausgerüstet. Er gab der Anlage ihren Namen: Axial­symmetrisches Divertor-Experiment. Ein zusätzliches Magnet­feld, das Divertor-Feld, lenkt den äußeren Rand des ring­förmigen Plasmas auf robuste, wassergekühlte Platten am Boden des Gefäßes. So werden störende Verun­reinigungen aus dem Plasma entfernt. Zugleich hüllt die vom Divertor-Feld geformte Randschicht das Zentral­plasma wie ein wärmender Mantel ein – eine Voraussetzung für hohe Wärme­isolation. Wie gut dies funktioniert, konnte bereits der Vorgänger ASDEX zeigen.

Im Unterschied zu ASDEX sind bei ASDEX Upgrade jedoch der Divertor sowie wichtige Eigen­schaften des Plasmas, vor allem die Dichte und die Belastung der Wände, stärker den Verhältnissen in einem späteren Kraftwerk angepasst. Ausgerüstet mit einer leistungs­kräftigen Plasma­heizung und einer Vielzahl ausge­feilter Mess­apparaturen zum Beobachten des Plasmas kann ASDEX Upgrade daher Betriebsweisen für ein Kraftwerk entwickeln. In bis heute 38.700 Plasma­entladungen beantwortete die Anlage wesentliche Forschungsfragen für das europäische Gemeinschafts­experiment JET, den inter­nationalen Experimental­reaktor ITER und ein geplantes Demonstrations­kraftwerk. 

Während der dreißig Betriebs­jahre von ASDEX Upgrade wurde die Divertor-Form mehrfach geändert und optimiert. Hier will man nun einen weiteren Schritt gehen und ein neues Divertor-Konzept testen: Zwei zusätzliche Magnet­spulen an der Decke des Plasma­gefäßes sollen das Divertor-Feld so auffächern, dass sich die Leistung aus dem Plasma auf eine größere Fläche verteilt. Die Planungen für den neuen Divertor begannen 2016. Inzwischen ist der Entwurf abge­schlossen. Prototypen und ein Teststand für die Montage wurden gebaut, um die Fertigungs­abläufe und den Einbau in ASDEX Upgrade vorzu­bereiten. Mitte 2022 soll die Montage beginnen.

IPP / JOL

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