Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Damit das Sonnenfeuer nicht erstickt

15.02.2011
In Jülich beginnt heute die Fusionsforschung für das Jahr 2035

Der Plasmagenerator PSI-2 hat in Jülich seinen Betrieb aufgenommen. Das drei Tonnen schwere und eine Million Euro teure Gerät wird helfen, Materialien zu finden, die ab dem Jahr 2035 als Wandelemente den Dauerbetrieb in einem Fusionskraftwerk aushalten können. Dazu müssen diese rund um die Uhr der enormen Wärmebelastung durch die 100 Millionen Grad heiße Fusionsmaterie im Inneren der Brennkammer und dem Beschuss mit Neutronen standhalten.

„Wir haben unser Experiment PSI-2 während des letzten Dreivierteljahres aufgebaut und jetzt das erste Plasma erzeugt“, sagt Prof. Bernhard Unterberg vom Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung. Er und sein Team untersuchen die Wechselwirkung des heißen Plasmagases mit den umgebenden Oberflächen, auf englisch plasma-surface interaction, oder kurz PSI. Nur bei Plasmatemperaturen von etwa 100 Millionen Grad verschmelzen die Atomkerne optimal und setzen Energie frei. Nach dem gleichen Prinzip erzeugt auch unsere Sonne ihre Energie.

Für die Wände eines Fusionskraftwerks wären diese hohen Brenntemperaturen eigentlich kein Problem. Denn ein eigens dafür ausgelegter Magnetfeldkäfig ist in der Lage, den ungewollten Kontakt des Plasmas mit der gesamten Innenwand zu verhindern. Doch in Fusionskraftwerken ist ein kontrollierter Kontakt des Plasmas mit der Kammerwand gewollt und sogar notwendig. „Die Heliumkerne, die bei der Fusion der Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium entstehen, wirken auf den Fortgang der Fusion wie das Verbrennungsprodukt Kohlendioxid auf eine Kerze im abgedeckten Glas: Wenn wir das Helium nicht rasch genug entfernen, erstickt die Fusion“, erklärt Dr. Ralph Schorn vom Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung. Deshalb wird das schützende Magnetfeld an bestimmten Stellen – den Divertoren – kontrolliert geöffnet und das Helium abgepumpt. Diese Stellen der Wand sind kontinuierlich einem hohen Wärme- und Teilchenfluss ausgesetzt, der Material aus der Wand herausschlägt. „Dieses kann in das Plasma gelangen und schlimmstenfalls die Fusion beenden. Außerdem wird die Wand dünner, was natürlich ihre Lebensdauer begrenzt und damit auch in die Wirtschaftlichkeit späterer Kraftwerke eingeht“, sagt Unterberg.

Trotz ausführlicher Untersuchungen der Wandschädigung an der Jülicher Experimentalplattform TEXTOR gibt es bisher keine Daten über das Verhalten der Wand im Fusionsdauerbetrieb unter den realen Bedingungen von Kraftwerken. Zwar nimmt das internationale Fusionsexperiment ITER im Jahre 2019 seinen Betrieb auf. Doch anders als später in „richtigen“ Kernfusionskraftwerken wird es in ITER keinen Dauerbetrieb geben. Die Kernfusion wird jeweils nur für einige Minuten gezündet. Deshalb beginnt das Forschungszentrum Jülich nun mit der Untersuchung der Auswirkungen, die der Dauerbetrieb auf die Wände der Fusionskraftwerke ab dem Jahre 2035 haben wird. „Dass wir schon jetzt damit anfangen, ist zwingend notwendig, um die Erkenntnisse rechtzeitig vorliegen zu haben“, sagt Unterberg. „Denn für viele Entwicklungen benötigen wir eine lange Vorlaufzeit.“

Im jetzt begonnenen Pilotexperiment PSI-2 wird Plasma auf eine Probe des Wandmaterials „geschossen“. Mit Hilfe von Laserlicht wird dann analysiert, welche Materialien in das Plasma gelangen und die Fusion zu behindern drohen. Anders als bei den auf die Energieerzeugung zielenden Reaktorkonzepten, in denen die Kernfusion nur aufrechterhalten werden kann, wenn das Plasma von Magnetfeldern auf eine Ringbahn gezwungen wird, bewegt sich das Plasma im PSI-2 im Wesentlichen nur geradeaus, was die Analyse vereinfacht. Kernfusion findet hier nicht statt.

Die nächste Projektphase JULE-PSI ab dem Jahre 2015 planen die Forscher schon jetzt, denn es fehlt noch ein sehr wichtiger Aspekt: Die Wand im Fusionskraftwerk wird fortwährend mit Neutronen bestrahlt. Diese Neutronen entstehen bei der Kernfusion und tragen 80 Prozent der erzeugten Energie aus dem Plasma hinaus. „In den Wänden und in speziellen Materialien außerhalb der Brennkammer werden die Neutronen abgebremst und erwärmen dadurch das Material. Über einen Kühlkreislauf kann man die Wärme dann zur Dampferzeugung nutzen und eine Turbine zur Stromerzeugung antreiben“, erklärt Unterberg.

Der springende Punkt ist, so Unterberg: „Die Neutronen verändern die Materialeigenschaften der Wand, etwa die Struktur des Kristallgitters.“ Mit dem Nachfolgeexperiment JULE-PSI werden die Jülicher Forscher erstmals vorweg mit Neutronen bestrahlte Wandproben im Plasmadauerbetrieb untersuchen, um Erkenntnisse darüber zu gewinnen, welchen Einfluss die Neutronenbestrahlung auf die Wandeigenschaften hat. Das Pilotexperiment PSI-2 dient auch dazu, die späteren Abläufe bei JULE-PSI zu erproben und geeignete Standards zu entwickeln. Da das Wandmaterial durch den Neutronenbeschuss unter anderem auch radioaktiv wird, muss es in Speziallabors untersucht werden, wie es sie nur an wenigen Forschungsstätten weltweit gibt. „Gepaart mit unserem Know-how in der Materialforschung und der Plasma-Wand-Wechselwirkung sind wir für diese Untersuchungen prädestiniert. Es gibt bisher weltweit kaum eine andere Forschungseinrichtung, die das auf diesem Niveau kann. Deshalb hat das Forschungszentrum Jülich diese innerhalb der europäischen Fusionsforschung als wichtig identifizierte Aufgabe übernommen“, sagt Schorn.

Daten und Fakten zu PSI-2:
Elektrische Anschlussleistung: 350 Kilowatt
Plasmatemperatur: bis zu 200.000 Grad
Länge: 7 Meter
Gewicht: rund 3,3 Tonnen
Kosten: eine Millionen Euro für den Aufbau
Technisches Personal: 10 Mitarbeiter
Wärmeleistung des Plasmas auf die Wand: ein Megawatt pro Quadratmeter
Plasmateilchenstrom: 100 Trilliarden (10^23) Teilchen pro Quadratmeter und Sekunde

Neutralgasdruck: etwa ein Zehnmillionstel des Atmosphärendrucks

Informationen zur Fusionsforschung im Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung:

http://www.fz-juelich.de/fusion

Pressekontakt:
Kosta Schinarakis, Tel.: 02461 61 4771, k.schinarakis@fz-juelich.de
Erhard Zeiss, Tel.: 02461 61 1841, e.zeiss@fz-juelich.de
Das Forschungszentrum Jülich…
… betreibt interdisziplinäre Spitzenforschung, stellt sich drängenden Fragen der Gegenwart und entwickelt gleichzeitig Schlüsseltechnologien für morgen. Hierbei konzentriert sich die Forschung auf die Bereiche Gesundheit, Energie und Umwelt sowie Informationstechnologie. Einzigartige Expertise und Infrastruktur in der Physik, den Materialwissenschaften, der Nanotechnologie und im Supercomputing prägen die Zusammenarbeit der Forscherinnen und Forscher. Mit rund 4 600 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern gehört Jülich, Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, zu den großen Forschungszentren Europas.

Kosta Schinarakis | Forschungszentrum Juelich
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de/fusion

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht ALMA beginnt Beobachtung der Sonne
18.01.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Magnetische Kraft von einzelnen Antiprotonen mit höchster Genauigkeit bestimmt
18.01.2017 | Max-Planck-Institut für Kernphysik

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: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Im Focus: How gut bacteria can make us ill

HZI researchers decipher infection mechanisms of Yersinia and immune responses of the host

Yersiniae cause severe intestinal infections. Studies using Yersinia pseudotuberculosis as a model organism aim to elucidate the infection mechanisms of these...

Im Focus: Interfacial Superconductivity: Magnetic and superconducting order revealed simultaneously

Researchers from the University of Hamburg in Germany, in collaboration with colleagues from the University of Aarhus in Denmark, have synthesized a new superconducting material by growing a few layers of an antiferromagnetic transition-metal chalcogenide on a bismuth-based topological insulator, both being non-superconducting materials.

While superconductivity and magnetism are generally believed to be mutually exclusive, surprisingly, in this new material, superconducting correlations...

Im Focus: Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

Laseranregung von Semimetallen ermöglicht die Erzeugung neuartiger Quasiteilchen in Festkörpersystemen sowie ultraschnelle Schaltung zwischen verschiedenen Zuständen.

Die Untersuchung der Eigenschaften fundamentaler Teilchen in Festkörpersystemen ist ein vielversprechender Ansatz für die Quantenfeldtheorie. Quasiteilchen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Der erste Blick auf ein einzelnes Protein

18.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Das menschliche Hirn wächst länger und funktionsspezifischer als gedacht

18.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Zur Sicherheit: Rettungsautos unterbrechen Radio

18.01.2017 | Verkehr Logistik