Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Weltrekord mit Hochtemperatursupraleiter im Forschungszentrum Karlsruhe

19.07.2005


Mit flüssigem Stickstoff gekühlter Hochtemperatursupraleiter trägt 70000 Ampere


Das Forschungszentrum Karlsruhe hat in Zusammenarbeit mit dem "Centre de Recherches en Physique des Plasmas" (CRPP) der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Lausanne, Schweiz, eine mit flüssigem Stickstoff gekühlte Hochtemperatursupraleiter-Stromzuführung entwickelt, die einen elektrischen Strom von 70000 Ampere tragen kann. Die neuartigen Stromzuführungen sollen nun auch im Fusions-Forschungsreaktor ITER, der im südfranzösischen Cadarache aufgebaut wird, Verwendung finden. Solche Stromzuführungen werden benötigt, um den Strom von Raumtemperatur auf die tiefe Temperatur der supraleitenden Spulen des ITER zu übertragen, die bei -269 Grad Celsius betrieben werden.

In einem Fusionskraftwerk wird Energie durch das Verschmelzen von Wasserstoffatomen zu Helium erzeugt. Dieser physikalische Prozess läuft auf der Erde erst bei Temperaturen um 100 Millionen Grad Celsius ab. Die Materie liegt bei diesen Temperaturen als Plasma vor, das heißt, dass der positiv geladene Atomkern von den negativ geladenen Elektronen getrennt ist. Geladene Teilchen lassen sich - ohne Berührung zu irgendwelchen Wänden - in einem Magnetfeld einsperren. Um dieses Magnetfeld zu erzeugen, werden große elektrische Spulen benötigt, die aber nur im supraleitenden Zustand, also bei sehr tiefen Temperaturen (gekühlt durch flüssiges Helium bei Temperaturen um -269 Grad Celsius) , wirtschaftlich arbeiten können. Die in diesen elektrischen Spulen notwendigen hohen elektrischen Ströme müssen allerdings von außen in die Spulen geführt werden. Mit normalleitenden Stromzuführungen treten einerseits elektrische Verluste auf, andererseits stellen die Zuführungen eine Wärmebrücke dar, über die Wärme auf die kalten supraleitenden Spulen übertragen wird. Die Entwicklung von Stromzuführungen aus Hochtemperatursupraleitern reduziert diese Probleme deutlich.


Mit der Entdeckung der Hochtemperatursupraleiter (HTSL) im Jahre 1986 waren große Erwartungen geweckt worden, da diese Materialien bei vergleichsweise hohen Temperaturen Strom ohne Verluste transportieren können. Insbesondere die damit mögliche Kühlung mittels flüssigem Stickstoff bei etwa 80 Kelvin (-193 Grad Celsius) war viel versprechend, konnte aber aufgrund der schwierigen Herstellung geeigneter Leiter nicht umgesetzt werden. Mittlerweile sind industriell hergestellte Hochtemperatursupraleiter verfügbar, die aber bislang eher bei kleinen Strömen eingesetzt wurden.

Im Rahmen der Arbeiten zum Fusions-Forschungsreaktor ITER, der in Südfrankreich gebaut werden soll, hat das Forschungszentrum Karlsruhe in Zusammenarbeit mit dem Centre de Recherches en Physique des Plasmas (CRPP) der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Lausanne, Schweiz, nunmehr eine mit flüssigem Stickstoff gekühlte Stromzuführung auf Basis eines Hochtemperatursupraleiters entwickelt, die einen elektrischen Strom von 70000 Ampere tragen kann. Die Stromzuführungen übertragen den Strom von Raumtemperatur auf die tiefe Temperatur der supraleitenden Spulen des ITER, die bei 4.5 Kelvin (-269 Grad Celsius) betrieben werden.

"Die neu entwickelte Stromzuführung verursacht im Gegensatz zu einer Stromzuführung konventioneller Bauart im Bereich von -269 Grad Celsius bis -193 Grad Celsius keine Verluste und ermöglicht somit eine große Energieersparnis", erklärt Dr. Reinhard Heller, der die Stromzuführung im Institut für Technische Physik des Forschungszentrums Karlsruhe entwickelt hat.

Außerdem hat die Stickstoffkühlung den Vorteil, dass sie unabhängig vom sonst verwendeten Heliumkühlkreislauf ist. Bei Versuchen in der TOSKA-Anlage des Forschungszentrums Karlsruhe konnte sogar demonstriert werden, dass trotz eines simulierten Kühlmittelausfalls der volle Strom von 70000 Ampere für mehr als 5 Minuten getragen werden kann. "Dies zeigt", so Reinhard Heller weiter, "dass eine solche HTSL-Stromzuführung neben dem Vorteil der Energieeinsparung auch hervorragende Sicherheitseigenschaften bietet."

Die erfolgreichen Ergebnisse dieses Entwicklungsprogramms haben jetzt zu dem Vorschlag geführt, die neuartigen Stromzuführungen bei ITER einzusetzen.

Das Forschungszentrum Karlsruhe ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, die mit ihren 15 Forschungszentren und einem Jahresbudget von rund 2,1 Milliarden Euro die größte Wissenschaftsorganisation Deutschlands ist. Die insgesamt 24000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Helmholtz-Gemeinschaft forschen in den Bereichen Struktur der Materie, Erde und Umwelt, Verkehr und Weltraum, Gesundheit, Energie sowie Schlüsseltechnologien.

Dr. Joachim Hoffmann | idw
Weitere Informationen:
http://www.fzk.de

Weitere Berichte zu: Hochtemperatursupraleiter ITER Spule Stromzuführung Temperatur

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie
17.07.2018 | Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

nachricht Rostocker Forscher testen neue Generation von Offshore-Windenergie-Anlagen
16.07.2018 | Universität Rostock

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Im Focus: Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?

„Wir haben jetzt ein klares Bild davon, wie das heiße Atomgitter und die kalten magnetischen Spins eines ferrimagnetischen Nichtleiters miteinander ins Gleichgewicht gelangen“, sagt Ilie Radu, Wissenschaftler am Max-Born-Institut in Berlin. Das internationale Forscherteam fand heraus, dass eine Energieübertragung sehr schnell stattfindet und zu einem neuartigen Zustand der Materie führt, in dem die Spins zwar heiß sind, aber noch nicht ihr gesamtes magnetisches Moment verringert haben. Dieser „Spinüberdruck“ wird durch wesentlich langsamere Prozesse abgebaut, die eine Abgabe von Drehimpuls an das Gitter ermöglichen. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in "Science Advances" erschienen.

Magnete faszinieren die Menschheit bereits seit mehreren tausend Jahren und sind im Zeitalter der digitalen Datenspeicherung von großer praktischer Bedeutung....

Im Focus: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Im Focus: First evidence on the source of extragalactic particles

For the first time ever, scientists have determined the cosmic origin of highest-energy neutrinos. A research group led by IceCube scientist Elisa Resconi, spokesperson of the Collaborative Research Center SFB1258 at the Technical University of Munich (TUM), provides an important piece of evidence that the particles detected by the IceCube neutrino telescope at the South Pole originate from a galaxy four billion light-years away from Earth.

To rule out other origins with certainty, the team led by neutrino physicist Elisa Resconi from the Technical University of Munich and multi-wavelength...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungen

Conference on Laser Polishing – LaP: Feintuning für Oberflächen

12.07.2018 | Veranstaltungen

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

Optische Kontrolle von Herzfrequenz oder Insulinsekretion durch lichtschaltbaren Wirkstoff

17.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Umweltressourcen nachhaltig nutzen

17.07.2018 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Textilien 4.0: Smarte Kleidung und Wearables als Innovation

17.07.2018 | Innovative Produkte

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