30.10.2019 • Energie

Sternenfeuer im sicheren Einschluss

Deutsch-amerikanisches Stellarator-Projekt entwickelt optimierte Divertor-Platten.

Fusionsanlagen vom Typ Stellarator versprechen Hoch­leistungs­plasmen im Dauerbetrieb. Entsprechend dauerhaft belasten Wärme und Teilchen aus dem heißen Plasma die Gefäßwände. Es ist die Aufgabe des Divertors – ein System speziell ausgerüsteter Prallplatten, auf welche die Teilchen aus dem Rand des Plasmas magnetisch hingelenkt werden – die Wechsel­wirkung zwischen Plasma und Wand zu regulieren. Von der Struktur des magnetischen Feldes und der Material­wahl für die Platten hängt es ab, wie gut der Divertor diese Aufgabe erfüllen und zugleich das Plasmas gut wärme­isoliert eingeschlossen werden kann. Der Divertor-Entwurf für neue Stellaratoren ist daher sowohl plasma­physikalisch als auch technisch höchst anspruchsvoll und setzt umfangreiche experimentelle und theoretische Untersuchungen voraus.
 

Abb.: Der Stellarator Wendelstein 7-X in Greifswald (Bild: IPP / V. Steger)
Abb.: Der Stellarator Wendelstein 7-X in Greifswald (Bild: IPP / V. Steger)

Zu diesem Zweck haben das IPP in Greifswald und die Universität von Wisconsin-Madison nun das „Helmholtz International Lab for Optimized Advanced Divertors in Stellarators“ (HILOADS) gegründet. HILOADS bietet den Rahmen, mit der Universität von Wisconsin in Madison als zentraler Einrichtung die bisherige erfolg­reiche Zusammen­arbeit mit dem IPP in Greifswald, dem Forschungs­zentrum Jülich und weiteren US-amerikanischen Universitäten zu vertiefen. Die beteiligten Wissenschaftler werden Divertor-Entwürfe, Materialien und Plasma­einschluss optimierend aufeinander abstimmen. 

Für die dazu nötigen Experimente stehen sowohl Wendelstein 7-X in Greifswald, der weltweit größte Stellarator, zur Verfügung als auch der deutlich kleinere, aber sehr flexible HSX (Helical Symmetric Experiment) in Madison. Die Anlagen unterscheiden sich nicht nur größenmäßig, sondern auch in ihren völlig andersartigen Konzepten für den Divertor und für die Optimierung des Plasma­einschlusses. Hinzu kommt die kleine Kompakt­anlage CTH (Compact Toroidal Hybrid) in Auburn. Neben diesen drei Stellaratoren werden für Unter­suchungen zu Materialien und Wand­konditionierung sowie für die Entwicklung von Messapparaturen zwei lineare Plasmaanlagen eingesetzt: PSI-2 in Jülich und MARIA in Madison. So ausgerüstet, soll HILOADS die Entwicklung der nächsten Generation optimierter Stellaratoren befördern und insbesondere die Konzept­findung für ein neues mittelgroßes Stellarator-Experiment in Madison unterstützen. 

Mit dem Förderprogramm der „Helmholtz International Labs“ will die Helmholtz-Gemeinschaft, der das IPP als assoziiertes Institut angeschlossen ist, die internationale Zusammen­arbeit mit exzellenten Forschungs­einrichtungen ausbauen und sichtbare Forschungs­aktivitäten der Gemeinschaft an Standorten im Ausland schaffen. Von den für HILOADS insgesamt veranschlagten 6,125 Millionen Euro übernimmt die Helmholtz-Gemeinschaft in den kommenden fünf Jahren 24 Prozent. 35 bzw. 15 Prozent tragen die Universitäten in Madison und Auburn, 18 sowie acht Prozent das IPP beziehungsweise das Forschungs­zentrum Jülich. HILOADS soll im Frühjahr 2020 beginnen.

IPP / DE
 

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