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Konzepte von Fusionsreaktortypen, technischer Stand, Entsorgung
Christoff Klinkicht | 7.7.2011 | HS Physik
Inhalt• Tokamak (ITER)
• Zielsetzung• Aufbau• Fusionskraftwerk
• Stellarator (Wendelstein 7-X)• Ziele• Charakteristika
• Verlauf der Fusionsexperimente
• Abfall / Entsorgung
• Quellen / Diskussion
Zielsetzung
• ITER = International thermonuclear experimental reactor (Apronym: lat. „Weg“) nach Tokamak - Prinzip (russ.: Toroidale Kammer im Magnetfeld)
• Technische Machbarkeit + Gebrauchstauglichkeit der Energiegewinnung aus Kernfusion demonstrieren.
• Zehnfache Energieausbeute
• Einsatz von supraleitenden Magnetspulen
• Eigenständige Tritiumerbrütung
• Komplette Fernsteuerung
• Zukunftsweisend für Demonstrationsreaktor DEMO
Daten:
Gesamtradius: 10,7 m
Großer Plasmaradius: 6,2 m
Plasmavolumen: 837 m3
Masse des Plasmas: 0,5 g
Magnetfeld: 5,3 T
Maximaler Plasmastrom: 15 MA
Heizleistung und Strombetrieb: 73 MW
Fusionsleistung: ≈ 500 MW
Mittlere Temp.: 100 Mil. °C
Brenndauer jedes Pulses: > 400 s
Kosten: ≈ 16 Mrd. €
ITER
Vakuumbehälter
Vakuumbehälter• „Doughnutförmiger“ doppelwandiger Behälter aus Edelstahl
• Luftdicht verschlossener Plasmabehälter, in dem Plasmastrom zirkuliert ohne Wände zu berühren
• Wasserkühlung notwendig
• 44 Anschlüsse zum Vakkumbehälter für Fernsteuerung, diagnostische Systeme und externe Heizung
• Erzeugung des Vakuums dauert 24-48h
Blanket
Blanket• 440 Blanket-Module an Innenwand des Vakuumgefäßes
– 1 x 1,5 Meter, 4,6 Tonnen
• Abschirmung gegen hochenergetische Neutronen, die bei Kernfusion entstehen
• Abbremsen der Neutronen für:– Kühlmittelerwärmung– Tritiumerbrütung
• Erste Wand: Beryllium zweite Wand: Kupfer + Edelstahl
• Sehr Anspruchsvolles Bauteil, besonders Tritiumerbrütung
Magnete
Magnete• 10.000t von supraleitenden Magneten für Plasmaformung/-Eindämmung
• 18 toroidal, 6 poloidal, 1 zentral + Zusatzspulen
• Gekühlt bei 4K: starkes Magnetfeld (13T)
Toroidale Magnetspulen
• Plasmaeinschluss
• 11,8 T
Poloidale Magnetspulen
• Plasmaeinschluss + Plasmaformung + Plasmastabilität
• Feld induziert durch Magnete und Strom
Zentral-Magnet
• Großer Transformator, der Haupt-Plasma-Strom induziert
• Führt Feldlinien in Divertorregion
• Muss hohe Belastungsfähigkeit aufweisen
Stromheizung
Externe Heizung
Externe Heizung• Um Kernfusion einzuleiten muss Wasserstoff-Plasma auf 150 Millionen °C erhitzt
werden
• Ohmsche Heizung
• Neutralteilchen-Einschuss
• Hochfrequente elektromagnetische Wellen für Ionen und Elektronenheizung (40-55MHz bzw. 170 GHz).