Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Erste Messung des Magnetfelds von Wendelstein 7-X – es passt!

16.07.2015

Schneller als geplant konnte jetzt die Prüfung des Magnetfeldes in der Fusionsanlage Wendelstein 7-X abgeschlossen werden. Die im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Greifswald mit Spannung erwarteten Messungen zeigen: Die supraleitenden Magnetspulen, deren technischer Test erst letzte Woche beendet wurde, erzeugen das gewünschte Magnetfeld. Der magnetische Käfig für das viele Millionen Grad heiße Fusionsplasma hat die von den Physikern berechnete Gestalt. Ein wesentlicher Meilenstein der gerade laufenden Betriebsvorbereitungen ist damit erreicht. Noch in diesem Jahr soll Wendelstein 7-X das erste Plasma erzeugen.

Obwohl Wendelstein 7-X noch nicht in Betrieb ist, liefert das Experiment bereits die ersten wissenschaftlichen Resultate: Das Magnetfeld entspricht genau dem was nötig ist, um heiße Fusionsplasmen einzuschließen. Dies zeigen die ersten Messungen der Feldstruktur: „Wir haben schöne geschlossene Flussflächen“, freut sich der zuständige IPP-Bereichsleiter Prof. Dr. Thomas Sunn Pedersen.


Flussflächen-Diagnostik: Die Leuchtspur eines Elektronenstrahls auf seinem vielfachen Umlauf längs einer Feldlinie durch das Plasmagefäß kombiniert mit den Bildpunkten, die er auf einem fluor

Foto: IPP, Matthias Otte


Der Beweis: Der Fluoreszenzstab macht geschlossene, ineinander liegende magnetische Flächen sichtbar – der Magnetfeldkäfig für das Plasma ist so wie er sein soll

Foto: IPP, Matthias Otte

Wie baut man einen Magnetfeldkäfig für das Plasma? Die Fusionsforscher nutzen aus, dass die geladenen Plasmateilchen – Ionen und Elektronen – von elektromagnetischen Kräften auf engen Spiralbahnen um magnetische Feldlinien gehalten werden. Von einem geeignet geformten Feld wie auf Schienen geführt, können die schnellen Teilchen daher von den Wänden des Plasmagefäßes ferngehalten werden. Für einen „dichten“ Käfig müssen die Feldlinien im Zentrum des ringförmigen

Plasmagefäßes geschlossene, ineinander geschachtelte Ringflächen aufspannen – wie die ineinander liegenden Jahresringflächen eines Baumstamms. So werden nach außen weisende Feldlinien vermieden, die die Plasmateilchen auf die Wände führen würden. Die nötigen hohen Plasmatemperaturen wären sonst unerreichbar.

„Nachdem die Flussflächen-Diagnostik in Betrieb genommen wurde, konnten wir sofort erste magnetische Flächen sehen“, berichtet Dr. Matthias Otte, der für das Messverfahren verantwortlich ist: „Unsere Aufnahmen zeigen deutlich, wie die Magnetfeldlinien in vielen toroidalen Umläufen geschlossene Flächen aufbauen“.

Mit der Flussflächen-Diagnostik lässt sich die Struktur des Feldes genau vermessen. Dazu wird ein dünner Elektronenstrahl eingeschossen, der sich entlang einer Feldlinie in Ringbahnen durch das leergepumpte Plasmagefäß bewegt. Er hinterlässt dabei eine Leuchtspur, die durch Stöße der Elektronen mit Restgas im Gefäß entsteht. Schwenkt man nun noch einen fluoreszierenden Stab durch den Gefäßquerschnitt, entstehen zusätzlich Leuchtflecke, wenn der Elektronenstrahl den Stab trifft. In der Kameraaufzeichnung wird so nach und nach der gesamte Querschnitt des magnetischen Feldes sichtbar.

Während einer rund 60 Sekunden dauernden Einzelmessung läuft der Elektronenstrahl auf „seiner“ Feldlinie viele Male im ringförmigen Plasmagefäß um und legt dabei einige Kilometer zurück. Die verschraubte Feldlinie führt ihn nach jedem Umlauf leicht versetzt durch die Schnittebene, durch die der Stab schwenkt. Aus den Leuchtpunkten auf dem Stab setzt sich nach und nach das Bild des Feldquerschnitts zusammen. Und tatsächlich: In gepunkteten Linien zeigten sich die gewünschten ineinander geschachtelten Flussflächen. „Nach der aufwändigen Montagezeit sind wir jetzt sehr glücklich über die guten Messergebnisse“, sagt Professor Sunn Pedersen: „Die Flussflächen sehen so aus, wie wir sie haben wollten“.

Hintergrund

Ziel der Fusionsforschung ist es, ein klima- und umweltfreundliches Kraftwerk zu entwickeln, das ähnlich wie die Sonne aus der Verschmelzung von Atomkernen Energie gewinnt. Um das Fusionsfeuer zu zünden, muss in einem späteren Kraftwerk der Brennstoff – ein Wasserstoffplasma – in Magnetfeldern eingeschlossen und auf Temperaturen über 100 Millionen Grad aufgeheizt werden. Wendelstein 7-X, die nach der Fertigstellung weltweit größte Fusionsanlage vom Typ Stellarator, wird noch keine Energie erzeugen, aber die Kraftwerkseignung dieses Bautyps untersuchen. Mit bis zu 30 Minuten langen Entladungen soll sie seine wesentliche Eigenschaft vorführen, die Fähigkeit zum Dauerbetrieb.

Ein Ring aus 50 supraleitenden, etwa 3,5 Meter hohen Magnetspulen ist das Kernstück der Anlage. Durch flüssiges Helium auf Supraleitungstemperatur nahe dem absoluten Nullpunkt abgekühlt, verbrauchen sie nach dem Einschalten kaum Energie. Ihre speziellen Formen sind das Ergebnis ausgefeilter Optimierungsrechnungen: Sie sollen einen besonders wärmeisolierenden magnetischen Käfig für das Plasma aufbauen.

Im Mai 2014 wurde die Montage von Wendelstein 7-X termingerecht abgeschlossen; seit gut einem Jahr laufen die Betriebsvorbereitungen. Nacheinander wird die Funktion aller technischen Systeme geprüft. Von Ende April bis Anfang Juli 2015 waren die Magnetspulen an der Reihe. Nachdem die Funktionsfähigkeit dieser zentralen Anlagenkomponente sichergestellt war, folgte das Ausmessen der magnetischen Flächen. Nun steht noch die Einstellung der computergestützten Datenerfassung für den Experimentierbetrieb aus, in der Peripherie der Anlage sind die Apparaturen zum Beobachten und zum Aufheizen des Plasmas zu vervollständigen. Das Ziel: Noch in diesem Jahr soll Wendelstein 7-X das erste Plasma erzeugen.

Weitere Informationen:

http://www.ipp.mpg.de/de/aktuelles/presse/pi/2015/07_15

Isabella Milch | Max-Planck-Institut für Plasmaphysik

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Highlight der Halbleiter-Forschung
20.02.2018 | Technische Universität Chemnitz

nachricht Beobachtung und Kontrolle ultraschneller Prozesse mit Attosekunden-Auflösung
20.02.2018 | Technische Universität München

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: Die Brücke, die sich dehnen kann

Brücken verformen sich, daher baut man normalerweise Dehnfugen ein. An der TU Wien wurde eine Technik entwickelt, die ohne Fugen auskommt und dadurch viel Geld und Aufwand spart.

Wer im Auto mit flottem Tempo über eine Brücke fährt, spürt es sofort: Meist rumpelt man am Anfang und am Ende der Brücke über eine Dehnfuge, die dort...

Im Focus: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Im Focus: In best circles: First integrated circuit from self-assembled polymer

For the first time, a team of researchers at the Max-Planck Institute (MPI) for Polymer Research in Mainz, Germany, has succeeded in making an integrated circuit (IC) from just a monolayer of a semiconducting polymer via a bottom-up, self-assembly approach.

In the self-assembly process, the semiconducting polymer arranges itself into an ordered monolayer in a transistor. The transistors are binary switches used...

Im Focus: Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

Erstmals ist es einem Forscherteam am Max-Planck-Institut (MPI) für Polymerforschung in Mainz gelungen, einen integrierten Schaltkreis (IC) aus einer monomolekularen Schicht eines Halbleiterpolymers herzustellen. Dies erfolgte in einem sogenannten Bottom-Up-Ansatz durch einen selbstanordnenden Aufbau.

In diesem selbstanordnenden Aufbauprozess ordnen sich die Halbleiterpolymere als geordnete monomolekulare Schicht in einem Transistor an. Transistoren sind...

Im Focus: Quantenbits per Licht übertragen

Physiker aus Princeton, Konstanz und Maryland koppeln Quantenbits und Licht

Der Quantencomputer rückt näher: Neue Forschungsergebnisse zeigen das Potenzial von Licht als Medium, um Informationen zwischen sogenannten Quantenbits...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Digitalisierung auf dem Prüfstand: Hochkarätige Konferenz zu Empowerment in der agilen Arbeitswelt

20.02.2018 | Veranstaltungen

Aachener Optiktage: Expertenwissen in zwei Konferenzen für die Glas- und Kunststoffoptikfertigung

19.02.2018 | Veranstaltungen

Konferenz "Die Mobilität von morgen gestalten"

19.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Highlight der Halbleiter-Forschung

20.02.2018 | Physik Astronomie

Wie verbessert man die Nahtqualität lasergeschweißter Textilien?

20.02.2018 | Materialwissenschaften

Der Bluthochdruckschalter in der Nebenniere

20.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics