Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gesucht: das richtige Wandmaterial für ITER

02.10.2007
Seit kurzem ist die Fusionsanlage ASDEX Upgrade im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Garching die weltweit einzige Anlage, die mit einer vollständig mit dem Metall Wolfram bedeckten Wand experimentieren kann. Die Ergebnisse sind viel versprechend: Wolfram als Wandmaterial könnte auch für das internationale Fusionsexperiment ITER eine attraktive Lösung sein.

Forschungsziel des IPP ist die Entwicklung eines Kraftwerks, das - ähnlich wie die Sonne - aus der Verschmelzung von Atomkernen Energie gewinnt. Die Machbarkeit soll mit 500 Megawatt Fusionsleistung der internationale Experimentalreaktor ITER (lat. "der Weg") zeigen, dessen Bau im kommenden Jahr in Cadarache/Südfrankreich beginnen wird. Hier muss es gelingen, den Brennstoff - ein dünnes ionisiertes Wasserstoffgas, ein "Plasma" - berührungsfrei in einem Magnetfeldkäfig einzuschließen und auf Zündtemperaturen über 100 Millionen Grad aufzuheizen. Eine der großen Herausforderungen dabei ist es, eine verträgliche Wechselwirkung zwischen dem heißen Plasma und der Wand des umgebenden Gefäßes zu erreichen.

Das Problem

Energiereiche Plasmateilchen können nämlich Atome aus der Wand herausschlagen, die dann in das Plasma eindringen und es verunreinigen. Anders als der leichte Wasserstoff sind die schweren Atome aus der Wand auch bei den hohen Fusionstemperaturen nicht vollständig ionisiert. Je mehr Elektronen noch an die Atomkerne gebunden sind, desto mehr Energie entziehen sie dem Plasma und strahlen sie als Ultraviolett- oder Röntgenlicht wieder ab. Auf diese Weise kühlen sie das Plasma ab, verdünnen es und verringern so die Fusionsausbeute. Sind leichte Verunreinigungen in Konzentrationen von einigen Prozent noch tragbar, liegt das Limit für schwere Verunreinigungen wie Eisen oder Chrom viel niedriger. Heutige Anlagen nutzen deshalb für die Wand durchweg leichte Materialien wie Beryllium oder Kohlenstoff. Auch für die Wand des Testreaktors ITER sind beide vorgesehen.

... mehr zu:
»ASDEX »IPP »ITER »Kohlenstoff »Plasma »Upgrade »Wandmaterial

Für ITER sind Kohlenstoff und Beryllium aber nicht mehr problemlos: Ihre Zerstäubung bei Beschuss mit Wasserstoff ist relativ hoch - bei den hohen Wasserstoff-Flüssen aus dem großen ITER-Plasma käme es daher zu starkem Materialabtrag. Darüber hinaus sammeln sich in Kohlenstoff leicht Wasserstoff-Teilchen an, in ITER also auch - aus Sicherheitsgründen höchst unerwünscht - die radioaktive Variante Tritium. Eine komplett mit dem Metall Wolfram beschichtete Wand würde diese Probleme der leichten Elemente vermeiden: Wolfram zeigt vorteilhafte thermische Eigenschaften, geringe Zerstäubung durch Wasserstoff, keine langfristige Einlagerung von Tritium. Bleibt die kritische Frage, wie viele der schweren Wolfram-Teilchen in das Plasmazentrum vordringen können. Mehr als einige Hunderttausendstel - so neuere Abschätzungen - dürfen es für ITER nicht sein.

Wolfram-Experimente im IPP

Pionier beim Testen von Wolfram als Wandmaterial ist das Garchinger Experiment ASDEX Upgrade: Trotz schlechter Erfahrungen in anderen Laboratorien hat man 1996 damit begonnen, spezielle Partien der ansonsten komplett mit Kohlenstoff-Kacheln bedeckten Wand mit Wolfram zu beschichten. Man setzte dabei auf den andersartig eingestellten, ITER-ähnlichen, d.h. kalten Plasmarand von ASDEX Upgrade. Das Ergebnis ermutigte zu einer weiteren Reduzierung des Kohlenstoffs. Man wollte prüfen, wie sich dies auf das Plasma und seine Wechselwirkung mit den Wolfram-Komponenten auswirkt. Um andere Forschungsziele nicht zu gefährden, wurde die Wolfram-Oberfläche nur schrittweise vergrößert. Die sich jeweils im Plasma einstellende Wolfram-Konzentration zuverlässig zu ermitteln, ist nicht einfach, umso weniger, wenn die Abstrahlungsverluste nicht nur einer einzigen Verunreinigung zuzuordnen sind. Nach Entwicklung der nötigen Messmethoden zeigte sich jedoch, dass auch eine ausgedehnte Wolfram-Oberfläche das Plasma von ASDEX Upgrade nicht über Gebühr beeinflusst.

Bleibt zu beweisen, dass auch eine volle Metallauskleidung des Gefäßes mit den für ITER gewünschten günstigen Plasmazuständen - wie dem im IPP entwickelten "High Confinement-Regime" - verträglich ist. Nachdem die letzten Kohlenstoff-Kacheln ausgetauscht und alle Oberflächen sorgfältig gereinigt waren, begannen kürzlich die Experimente mit einer reinen Wolfram-Wand. Im Interesse eindeutiger Versuchsbedingungen hat man dabei auch auf die sonst allgemein übliche Vorbehandlung des Gefäßes mit Bor verzichtet. Um die Verluste durch Verunreinigungsstrahlung zu reduzieren, werden dazu die Wandoberflächen durch eine Glimmentladung in einem Borwasserstoffgas mit einer dünnen Bor-Schicht bedeckt. In ITER oder einem späteren Kraftwerk wird dies jedoch nicht mehr möglich sein.

Deshalb hat auch ASDEX Upgrade ohne Borierung begonnen - und war erfolgreich: Die Wolframkonzentration liegt unter der kritischen Schwelle, die gewünschten günstigen Plasmazustände lassen sich mit nur geringem Qualitätsverlust einstellen. Ziel der weiteren Untersuchungen wird es sein, die Wolfram-Verträglichkeit in ITER-relevanten Plasmazuständen genau zu prüfen. Entscheidend wird sein, ob auch ohne Borierung andauernde "gute" High-Confinement-Plasmen erreicht werden. Ungefähr zwei Jahre kann sich das IPP für diese Arbeiten Zeit nehmen - dann fällt die Entscheidung über die Innenwand von ITER.

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

Weitere Berichte zu: ASDEX IPP ITER Kohlenstoff Plasma Upgrade Wandmaterial

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Wussten Sie, dass Verpackungen durch Flash Systeme intelligent werden?
23.05.2017 | Heraeus Noblelight GmbH

nachricht Bessere Kathodenmaterialien für Lithium-Schwefel-Akkus
17.05.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften