Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die stärkste Mikrowelle der Welt

09.10.2001


Forschungszentrum Karlsruhe entwickelt Mikrowellenheizung für die Kernfusion


Im Mikrowellen-Teststand wurde die Leistungsfähigkeit der Gyrotron-Röhre getestet. Mit Hilfe der Mikrowellenheizung soll das Plasma eines künftigen Fusionskraftwerkes auf 100 Mio. Grad Celsius erhitzt werden, um Wasserstoff zu Helium zu verschmelzen.


Mit einer Ausgangsleistung von 1 Megawatt und Pulslängen bis zu 3 Minuten ist das am Forschungszentrum Karlsruhe für die Energiegewinnung durch Kernfusion entwickelte 140 GHz-Gyrotron die stärkste Röhre der Welt zur Mikrowellenheizung.



Mit dem Mikrowellenherd in der Küche verbindet diesen Mikrowellengenerator nur noch das ähnliche Funktionsprinzip. Auch wärmt er keine Tiefkühlgerichte auf. Stattdessen soll der am Forschungszentrum Karlsruhe entwickelte Generator, ein so genanntes Gyrotron, das Plasma eines künftigen Fusionskraftwerks auf 100 Millionen Grad Celsius erhitzen. Diese Temperatur muss man erreichen, um Wasserstoffisotope zu Helium zu verschmelzen und so die Energiequelle der Sonne technisch nutzbar zu machen. Im Institut für Hochleistungsimpuls- und Mikrowellentechnik des Forschungszentrums ist nun ein solcher Mikrowellengenerator entwickelt worden. Mit einer Ausgangsleistung von 1 Megawatt (1 Million Watt) - etwa das Tausendfache eines Mikrowellenherdes - ist er die stärkste Mikrowellenheizung der Welt.

... mehr zu:
»7-X »Megawatt »Mikrowelle »Plasma


Mit einer Ausgangsleistung von 1 Megawatt und Pulslängen bis zu 3 Minuten ist das am Forschungszentrum Karlsruhe für die Energiegewinnung durch Kernfusion entwickelte 140 GHz-Gyrotron die stärkste Röhre der Welt zur Mikrowellenheizung.
Kernfusion - Energieerzeugung wie in der Sonne - ist eine Zukunftsoption: Ein funktionsfähiges Kraftwerk wird wohl erst in 50 Jahren Realität werden. Weltweit werden zwei Konzepte verfolgt: Auf dem so genannten Tokamak-Prinzip beruhen das europäische Fusionsexperiment JET und die Pläne für das internationale Projekt ITER. Auf dem Stellarator-Prinzip, das auf europäischer Ebene vor allem vom Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Garching vorangetrieben wird, beruht das gerade in Greifswald im Bau befindliche Fusionsexperiment WENDELSTEIN 7-X. Der wesentliche Vorteil des Stellarators besteht darin, dass die Energieerzeugung kontinuierlich erfolgen kann, während beim Tokamak regelmäßig kurze Betriebsunterbrechungen erforderlich sind. Diesen Vorteil erkauft man mit einer komplizierteren Geometrie des einschließenden Magnetfelds.


In beiden Konzepten benötigt man eine aufwendige Heizungsanlage, um die im Reaktionsmedium - dem Plasma - notwendigen Temperaturen von 100 Millionen Grad Celsius zu erzeugen. Erst bei diesen Temperaturen kann das Plasma "zünden": Die Verschmelzung von Wasserstoffisotopen zu Helium beginnt und erhält - durch die dabei freiwerdende Energie - auch die hohen Temperaturen aufrecht. Die Anheizphase wird voraussichtlich 50 bis 100 Sekunden betragen.

"Ein Beitrag des Forschungszentrums zum WENDELSTEIN 7-X ist der Aufbau des Hochleistungs-Mikrowellen-Heizsystems mit einer Gesamtleistung von 10 Megawatt", erläutert Professor Dr. Manfred Thumm, Leiter des Instituts für Hochleistungsimpuls- und Mikrowellentechnik im Forschungszentrum Karlsruhe. "Es wird aus zehn so genannten Gyrotrons, das sind die Erzeuger der Mikrowellen, mit einer Heizleistung von jeweils 1 Megawatt bestehen. Darüber hinaus sind wir auch für die Übertragung der Mikrowellen in das Fusionsplasma verantwortlich."

Das nun im Forschungszentrum entwickelte und getestete Gyrotron konnte seine Leistungsfähigkeit eindrucksvoll unter Beweis stellen: Mit einer Ausgangsleistung von 1 Megawatt und Heizdauern bis zu drei Minuten, in denen bei einer Frequenz von 140 Gigahertz (140 Milliarden Schwingungen pro Sekunde) bis zu 90 Megajoule Energie abgegeben wurden, ist es bisherigen Entwicklungen in Europa, Japan, Russland und den USA weit überlegen. Die mit diesem Gerät gewonnenen Erkenntnisse sollen jetzt in eine Kleinserie von Gyrotrons für den WENDELSTEIN 7-X einfließen, die vom Industriepartner des Forschungszentrums, der Mikrowellenröhrenfirma Thales Electron Devices, Frankreich, gefertigt werden soll.

Die Gyrotron-Entwicklung am Institut für Hochleistungsimpuls- und Mikrowellentechnik erfolgt im Rahmen des Projektes "Mikrowellenheizung für WENDELSTEIN 7-X" in Zusammenarbeit mit der Ecole Polytechnique Federale Lausanne, Schweiz. Außerdem steuert das Institut für Plasmaforschung der Universität Stuttgart sein Know-how durch den Bau der Übertragungsleitungen vom Gyrotron zum Plasma und durch die Auslegung der Hochspannungsversorgung für die Gyrotrons bei.

Wissenschaftlicher Hintergrund - Mikrowellenheizung

Die Aufheizung durch Mikrowellen erfolgt dadurch, dass elektrisch geladene Teilchen im elektromagnetischen Wechselfeld der Welle zu Schwingungen angeregt werden. Die Energie dieser Schwingung wird dann durch Stöße auch auf die umgebenden Teilchen übertragen - es entsteht Wärme. Wenn die natürliche Schwingungsfrequenz der geladenen Teilchen mit der Frequenz der Mikrowellen übereinstimmt - man spricht von Resonanz - ist die Energieübertragung am effektivsten. In der Haushaltsmikrowelle werden die Dipole der Wassermoleküle zum Schwingen angeregt.

Für die Plasmaheizung bei der Kernfusionsforschung nutzt man die Resonanz von Elektronen im einschließenden Magnetfeld aus. Die Elektronen werden zum Schwingen gebracht und übertragen dann ihre Schwingungsenergie durch Stöße an die umgebenden Elektronen und Ionen. Als günstigste Frequenz für diesen Prozess im Stellarator WENDELSTEIN 7-X hat sich 140 Gigahertz erwiesen, das entspricht einer Wellenlänge von etwa 2,1 Millimetern. Diese Mikrowellen haben im Vergleich zu den UKW-Wellen bei anderen Hochfrequenz-Plasmaheizverfahren den Vorteil, dass sie, wie Licht, leicht über Spiegel in das Plasma eingestrahlt werden können.

Das Forschungszentrum Karlsruhe ist - ebenso wie das Max-Planck-Institut für Plasma-physik - Mitglied der größten deutschen Forschungsorganisation, der Hermann von Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren e. V.

Joachim Hoffmann 6. Oktober 2001

Inge Arnold | idw

Weitere Berichte zu: 7-X Megawatt Mikrowelle Plasma

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Projekt CeGlaFlex: Hauchdünne, bruchsichere und biegsame Keramik und Gläser
24.04.2017 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

nachricht Löschbare Tinte für den 3-D-Druck
24.04.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie