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.



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.

... mehr zu:
»ASDEX »H-Regime »ITER »Plasmazustand


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*. „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.

* 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 1019 Teilchen pro Kubikmeter herrscht Vakuum in dem ultradünnen Plasma. Um so heftiger prallen die wenigen Partikel bei Fusionsstößen aufeinander.


Weitere Informationen erhalten Sie von:
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik
Abteilung Öffentlichkeitsarbeit
Boltzmannstraße 2
D-85748 Garching
Tel. 089-3299-1288
Fax: 089-3299-2622

Isabella Milch | Max-Planck-Institut für Plasmaph
Weitere Informationen:
http://www.ipp.mpg.de/ippcms/de/presse/pi/05_04_pi.html

Weitere Berichte zu: ASDEX H-Regime ITER Plasmazustand

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Kleinste Teilchen aus fernen Galaxien!
22.09.2017 | Bergische Universität Wuppertal

nachricht Tanzende Elektronen verlieren das Rennen
22.09.2017 | Universität Bielefeld

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie