Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Rekord bei ASDEX Upgrade - glänzende Aussichten für ITER

18.05.2004


Neuer Plasmazustand könnte dramatische Verbesserungen für den ITER-Betrieb bringen


Blick in das ringförmige Plasma der Fusionsanlage ASDEX Upgrade in Garching: Bis zu 1,5 Megajoule an Wärmeenergie sind in dem ultradünnen, aber rund 100 Millionen Grad heißen Gas gespeichert.



Blick in das ringförmige Plasma der Fusionsanlage ASDEX Upgrade in Garching: Bis zu 1,5 Megajoule an Wärmeenergie sind in dem ultradünnen, aber rund 100 Millionen Grad heißen Gas gespeichert.

... mehr zu:
»ASDEX »Energieinhalt »H-Regime »ITER »Upgrade


Einen Plasmazustand mit besonders günstigen Eigenschaften hat man im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Garching bei München entwickelt: das "Verbesserte H-Regime". Die neue Betriebsweise brachte kürzlich dem IPP-Experiment ASDEX Upgrade den bisherigen Anlagenrekord von 1,5 Megajoule für den Energieinhalt im Plasma. Wichtiger noch: Gelänge es, diesen Plasmazustand auch im geplanten internationalen Testreaktor ITER zu nutzen, so würde sich die zu erwartende Fusionsausbeute mindestens verdoppeln. Statt der angestrebten 400 Megawatt könnte ITER in dieser Betriebsweise bei sonst gleichen Bedingungen mehr als 800 Megawatt Fusionsleistung liefern.

Ziel der Fusionsforschung ist es, ein Kraftwerk zu entwickeln, das - ähnlich wie die Sonne - aus der Verschmelzung von Atomkernen Energie gewinnt. Um das Fusionsfeuer zu zünden, muss der Brennstoff, ein Wasserstoffplasma, in Magnetfeldern wärmeisolierend eingeschlossen und auf Temperaturen über 100 Millionen Grad aufgeheizt werden. Auf diese Weise konnte 1997 die europäische Gemeinschaftsanlage JET (Joint European Torus) in Culham/Großbritannien kurzzeitig eine Fusionsleistung von 16 Megawatt erzeugen. Mehr als die Hälfte der zur Plasmaheizung verbrauchten Leistung wurde dabei per Fusion zurückgewonnen. Den nächsten Schritt soll die internationale Testanlage ITER (lat.: "der Weg") gehen: Sie soll über längere Zeit eine Fusionsleistung von 500 Megawatt liefern - zehnmal mehr, als zur Aufheizung des Plasmas verbraucht wird. ITER wurde von Forschern aus Europa, Japan, Russland und den USA vorbereitet, China und Südkorea haben sich dem Projekt angeschlossen. Über Standort und Baubeginn soll in diesem Jahr entschieden werden.

Dass sich die guten Ergebnisse von ASDEX Upgrade auf den viel größeren ITER übertragen lassen, dafür stehen die Chancen inzwischen nicht schlecht: Denn als vor sechs Jahren das "Verbesserte H-Regime" (Verbessertes High Confinement Regime) an ASDEX Upgrade entdeckt wurde, war noch offen, ob der Plasmazustand nicht nur als Besonderheit der speziellen Anlage anzusehen sei - mit allerdings beachtlichen Vorzügen: Das Plasma wies sehr gute Wärmeisolation auf bei hohem Energieinhalt. Zusätzlich sorgten kleine Instabilitäten am Plasmarand dafür, dass die Wärmeenergie aus dem Plasma in kleinen Portionen gleichmäßig auf den Wänden abgeladen wird. So kam es zu der erwünscht sanften, die Gefäßwände schonenden Leistungsauskopplung. Mit diesen guten Eigenschaften war das "Verbesserte H-Regime" dem normalen H-Regime deutlich überlegen, das - ebenfalls im IPP entdeckt - als Grundbetriebsweise für ITER vorgesehen ist. Entsprechend fand der neue Plasmazustand großes Interesse: Je höher man den Energieinhalt des Plasmas und damit die Fusionsausbeute treiben kann, desto kleiner und damit kostengünstiger wird ein späteres Kraftwerk.

In den letzten Jahren gelang es an ASDEX Upgrade, das "Verbesserte H-Regime" über einen immer breiteren Arbeitsbereich einzustellen. Dazu muss es jeweils gelingen, dem Plasmastrom, der in Anlagen vom Typ Tokamak einen Teil des magnetischen Käfigs erzeugt, von Anfang an den richtigen Weg im Plasma zu bahnen. Für diesen "Stromtrieb" kann man an ASDEX Upgrade seit einiger Zeit die Neutralteilchen-Heizung nutzen: Durch Einschießen schneller Wasserstoffatome - eigentlich eine Heizmethode - lässt sich ebenso ein elektrischer Strom im Plasma erzeugen und von außen steuern. Richtig begonnen, bleibt das beim Starten der Entladung geformte Stromprofil durch komplexe Rückkopplungen zwischen Plasma und Magnetfeld über die ganze Entladung stabil. Bis zu 50 Prozent des Plasmastroms werden dann von der Heizung (und einem druckgetriebenen internen Strom) getragen, der Rest wird auf konventionelle Weise per Transformator im Plasma erzeugt.

Nach den Erfolgen an ASDEX Upgrade konnte auch das ähnlich aufgebaute Fusionsexperiment DIII-D in San Diego/USA den günstigen Plasmazustand erreichen. Im Sommer letzten Jahres gelang es IPP-Wissenschaftlern schließlich, das "Verbesserte H-Regime" an der Großanlage JET in Culham zu realisieren. Ende April 2004 stand es dann erneut auf dem Garchinger Experimentierplan, wozu eigens ein amerikanischer Gastforscher angereist war. Selbst nach seinem an DIII-D entwickelten Verfahren stellte sich der gewünschte Plasmazustand auf Anhieb ein. Resultat war der bisherige Anlagenrekord von ASDEX Upgrade für den Energieinhalt im Plasma: 1,5 Megajoule. (Absolut gesehen ist dies nicht viel - genug um 3,5 Liter eiskaltes Wasser zum Kochen zu bringen - was bei einer Plasmatemperatur von 100 Millionen Grad zunächst überraschen mag. Jedoch verteilt sich die Energie auf eine nur kleine Zahl von Plasmateilchen: Mit etwa 7 x 10 hoch 19 Teilchen pro Kubikmeter herrscht Vakuum in dem ultradünnen Plasma. Um so heftiger prallen die wenigen Partikel bei Fusionsstößen aufeinander.) "Nachdem sich das Verbesserte H-Regime auf verschiedenen Wegen in drei unterschiedlich großen Anlagen erreichen ließ, sind wir zuversichtlich, dass dies auch in dem nochmals größeren ITER gelingen wird", meint Professor Dr. Hartmut Zohm, der Leiter des IPP-Bereichs ’Experimentelle Plasmaphysik 2’. "Die zu erwartende Fusionsausbeute in ITER würde sich damit mindestens verdoppeln". Vergleichsexperimente sind inzwischen weltweit - an ASDEX Upgrade, DIII-D, JET und dem japanischen JT-60U - im Gange.

Isabella Milch | idw
Weitere Informationen:
http://www.ipp.mpg.de

Weitere Berichte zu: ASDEX Energieinhalt H-Regime ITER Upgrade

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Wie Protonen durch eine Brennstoffzelle wandern
22.06.2017 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

nachricht Omicron Diodenlaser mit höherer Ausgangsleistung und erweiterter Garantie
20.06.2017 | Omicron - Laserage Laserprodukte GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften