Jülich baut für ITER
Messsystem soll helfen, Zusammensetzung und Temperatur des Plasmas zu bestimmen.
ITER ist der nächste große Schritt der weltweit vernetzten Fusionsforschung. In den frühen 2020er Jahren soll ITER erstmals die Machbarkeit der Fusionsenergie im Kraftwerksmaßstab demonstrieren. Hierbei will man aus der Verschmelzung von Atomkernen Energie gewinnen. Ähnliche Prozesse laufen auch im Innern der Sonne ab. Gelingt es, sie auf der Erde zu kontrollieren, so wäre der Weg frei für eine sichere und praktisch unerschöpfliche neue Energiequelle.
Abb.: Querschnitt des ITER-Testreaktors. (Bild: ITER Organization)
Das zu konstruierende Diagnostiksystem soll in einem Port Plug, einem Einschub am oberen Rand der Brennkammer, untergebracht werden. Der Auftrag knüpft an eine mehrjährige Vorbereitungsphase an, die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und der europäischen Fusions-Organisation EFDA (European Fusion Development Agreement) gefördert wurde. Der Einsatz unter Extrembedingungen erfordert aufwendige Entwicklungsarbeiten und Tests. Im Innern von ITER werden Temperaturen von über 100 Millionen Grad Celsius erwartet. Plasmastrahlung, Neutronenfluss und elektromagnetische Kräfte wirken auf die Komponenten ein. Hinzu kommt, dass die Wartung und Reparatur in der Regel nur über fernbedienbare Werkzeuge oder Roboter erfolgen kann.
Bei der Ladungsaustausch-Spektroskopie wird ein hochenergetischer Strahl aus neutralen Wasserstoff-Teilchen in das Plasma eingeschossen. Zusammenstöße mit Teilchen aus dem Fusionsplasma erzeugen sichtbares Licht. Dessen Wellenlänge und räumliche Ausbreitung lassen Rückschlüsse auf verschiedene Eigenschaften des Plasmas zu. Die Messungen liefern unerlässliche Informationen, um die Fusionsreaktion am Leben zu erhalten. So wird unter anderem die Dichte des Heliums erfasst. Helium entsteht beim Fusionsvorgang und muss aus dem Brennraum abgeführt werden, damit das Fusionsfeuer nicht erlischt. Auch weitere wesentliche Größen wie Konzentration, Temperatur und Geschwindigkeit verschiedener Plasmakomponenten lassen sich mit dem Gerät ermitteln.
Das Design der CXRS-Diagnostik (Charge eXchange Recombination Spectroscopy) wird von Physikern und Ingenieuren des Jülicher Instituts für Energie- und Klimaforschung (IEK-4) koordiniert. An der Ausarbeitung sind das Jülicher Zentralinstitut für Engineering, Elektronik und Analytik (ZEA-1) sowie verschiedene europäische Partner beteiligt, zu denen unter anderem das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), die technischen Universitäten in Budapest (BME) und Eindhoven (TU/e) sowie die Forschungszentren DIFFER und CCFE aus den Niederlanden und England gehören.
FZ Jülich / PH
