Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

IPP-Teststand ELISE erreicht erstes ITER-Ziel

04.07.2018

Neutralteilchenheizung für ITER / Strahl schneller Wasserstoff-Teilchen für die Plasmaheizung

Der Heizstrahl im Teststand ELISE des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP) in Garching bei München hat die ITER-Werte erreicht: Erzeugt wurde für 1000 Sekunden ein Teilchenstrahl aus negativ geladenen Wasserstoff-Ionen in der für ITER gewünschten Stromstärke von 23 Ampere.


Eines der Beschleunigungsgitter, die in der Ionenquelle ELISE die Wasserstoff-Ionen auf Geschwindigkeit bringen. Durch 640 kleine Löcher wird der Teilchenstrahl in Einzelstrahlen herausgezogen..

(Abbildung: IPP)


Infrarot-Foto des Kalorimeters, das die Leistungsdichte des erzeugten Teilchenstrahls misst. Der aufprallende Strahl zeigt den gewünschten homogenen Quer

(Abbildung: IPP)

Mit ELISE wird eine der Heizmethoden vorbereitet, die das Plasma des internationalen Fusionstestreaktors ITER auf viele Millionen Grad bringen sollen. Kernstück ist eine im IPP entwickelte neuartige Hochfrequenz-Ionenquelle, die den energiereichen Teilchenstrahl erzeugt.

Der internationale Testreaktor ITER (lat.: der Weg), der zurzeit in weltweiter Zusammenarbeit in Frankreich aufgebaut wird, soll zeigen, dass ein Energie lieferndes Fusionsfeuer möglich ist. Ähnlich wie die Sonne soll ein künftiges Fusionskraftwerk aus der Verschmelzung von Atomkernen Energie gewinnen.

Der Brennstoff – ein Wasserstoffplasma – muss dazu berührungsfrei in einem Magnetfeldkäfig eingeschlossen und auf Zündtemperaturen über 100 Millionen Grad aufgeheizt werden. 500 Megawatt Fusionsleistung soll ITER erzeugen – zehnmal mehr, als zuvor zur Heizung des Plasmas aufgewendet wurde.

Diese Plasmaheizung wird etwa zur Hälfte die „Neutralteilchen-Heizung“ übernehmen: Schnelle Wasserstoffatome, die durch den Magnetfeldkäfig hindurch in das Plasma hineingeschossen werden, geben über Stöße ihre Energie an die Plasmateilchen ab.

Dazu erzeugt eine Ionenquelle aus Wasserstoff-Gas geladene Wasserstoff-Ionen, die durch hohe Spannung beschleunigt und anschließend wieder neutralisiert werden, um – als schnelle Wasserstoff-Atome – ungehindert durch den Magnetfeldkäfig in das Plasma eindringen zu können.

Auf diese Weise bringen heutige Heizungen, zum Beispiel an der IPP-Fusionsanlage ASDEX Upgrade in Garching, das Plasma per Knopfdruck auf ein Mehrfaches der Sonnentemperatur. Die Großanlage ITER stellt jedoch erhöhte Anforderungen: So müssen die Teilchenstrahlen viel dicker und die einzelnen Teilchen viel schneller sein als bisher, damit sie tief genug in das voluminöse ITER-Plasma eindringen können:

Zwei Teilchenstrahlen mit etwa türgroßem Querschnitt sollen 16,5 Megawatt Heizleistung in das ITER-Plasma einspeisen. Die in heutigen Fusionsanlagen genutzten Teilchenstrahlen, die mit etwa tellergroßem Querschnitt und wesentlich kleinerer Geschwindigkeit auskommen, wird ITER damit weit hinter sich lassen.

Anstelle der bisher zur Beschleunigung genutzten elektrisch positiv geladenen Ionen – die sich bei hohen Energien nicht mehr effektiv neutralisieren lassen – müssen für ITER daher negativ geladene Ionen verwendet werden, die extrem fragil sind. Eine dazu im IPP entwickelte Hochfrequenz-Ionenquelle wurde als Prototyp in den ITER-Entwurf aufgenommen. Auch der Auftrag zur Weiterentwicklung und Anpassung an die ITER-Anforderungen ging Ende 2012 an das IPP.

An dem Teststand ELISE (Extraction from a Large Ion Source Experiment) wird eine Quelle untersucht, die halb so groß ist wie eine spätere ITER-Quelle. Sie erzeugt einen Ionenstrahl von rund einem Quadratmeter Querschnittsfläche. Mit dem gewachsenen Format mussten die bisherigen technischen Lösungen für das Heizverfahren überarbeitet werden (siehe PI 2/2015). Schritt für Schritt ist ELISE in neue Größenordnungen vorgedrungen.

„Den von ITER gewünschten, rund 23 Ampere starken Teilchenstrahl aus negativ geladenen Wasserstoff-Ionen konnten wir nun erzeugen, stabil, homogen und 1000 Sekunden andauernd“, sagt Professor Dr. Ursel Fantz, Leiterin des Bereichs ITER-Technologie und -Diagnostik im IPP: „Auch der Gasdruck in der Quelle und die Menge der zurückgehaltenen Elektronen entsprachen den ITER-Vorgaben“. Nur die von ITER verlangte Stromdichte des Ionenstrahls wurde nicht ganz erreicht, was an der begrenzten Leistungsfähigkeit der zur Verfügung stehenden Hochspannungsversorgung liegt.

Wie geht es weiter?

Nachdem ELISE die von ITER geforderte Stromstärke mit normalem Wasserstoff jetzt erreicht hat, will man nun Teil zwei der Aufgabe in Angriff nehmen und Ionen-Strahlen aus der schweren Wasserstoff-Variante Deuterium erzeugen – dies allerdings nicht für 1000 Sekunden, sondern für eine Stunde. Das System in Originalgröße wird das italienische Fusionsinstitut der ENEA in Padua untersuchen und dabei mit dem IPP zusammenarbeiten. Die Testanlage SPIDER (Source for Production of Ion of Deuterium Extracted from Radio Frequency Plasma) ging Anfang Juni in Padua in Betrieb. Ihre Zieldaten: einstündige Pulse mit vollem ITER-Strahlquerschnitt und 6 Megawatt Leistung in Wasserstoff und Deuterium.

Weitere Informationen:

http://www.ipp.mpg.de/de/aktuelles/presse/pi/2018/05_18

Isabella Milch | Max-Planck-Institut für Plasmaphysik

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Haben ein Auge für Farben: druckbare Lichtsensoren
19.02.2020 | Karlsruher Institut für Technologie

nachricht Einblicke in die Rolle von Materialdefekten bei der spin-abhängigen Petahertzelektronik
19.02.2020 | Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie

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: Fraunhofer IOSB-AST und DRK Wasserrettungsdienst entwickeln den weltweit ersten Wasserrettungsroboter

Künstliche Intelligenz und autonome Mobilität sollen dem Strukturwandel in Thüringen und Sachsen-Anhalt neue Impulse verleihen. Mit diesem Ziel fördert das Bundeswirtschaftsministerium ab sofort ein innovatives Projekt in Halle (Saale) und Ilmenau.

Der Wasserrettungsdienst Halle (Saale) und das Fraunhofer Institut für Optronik,
Systemtechnik und Bildauswertung, Institutsteil Angewandte Systemtechnik...

Im Focus: A step towards controlling spin-dependent petahertz electronics by material defects

The operational speed of semiconductors in various electronic and optoelectronic devices is limited to several gigahertz (a billion oscillations per second). This constrains the upper limit of the operational speed of computing. Now researchers from the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter in Hamburg, Germany, and the Indian Institute of Technology in Bombay have explained how these processes can be sped up through the use of light waves and defected solid materials.

Light waves perform several hundred trillion oscillations per second. Hence, it is natural to envision employing light oscillations to drive the electronic...

Im Focus: Haben ein Auge für Farben: druckbare Lichtsensoren

Kameras, Lichtschranken und Bewegungsmelder verbindet eines: Sie arbeiten mit Lichtsensoren, die schon jetzt bei vielen Anwendungen nicht mehr wegzudenken sind. Zukünftig könnten diese Sensoren auch bei der Telekommunikation eine wichtige Rolle spielen, indem sie die Datenübertragung mittels Licht ermöglichen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) am InnovationLab in Heidelberg ist hier ein entscheidender Entwicklungsschritt gelungen: druckbare Lichtsensoren, die Farben sehen können. Die Ergebnisse veröffentlichten sie jetzt in der Zeitschrift Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201908258).

Neue Technologien werden die Nachfrage nach optischen Sensoren für eine Vielzahl von Anwendungen erhöhen, darunter auch die Kommunikation mithilfe von...

Im Focus: Einblicke in die Rolle von Materialdefekten bei der spin-abhängigen Petahertzelektronik

Die Betriebsgeschwindigkeit von Halbleitern in elektronischen und optoelektronischen Geräten ist auf mehrere Gigahertz (eine Milliarde Oszillationen pro Sekunde) beschränkt. Die Rechengeschwindigkeit von modernen Computern trifft dadurch auf eine Grenze. Forscher am MPSD und dem Indian Institute of Technology in Bombay (IIT) haben nun untersucht, wie diese Grenze mithilfe von Lichtwellen und Festkörperstrukturen mit Defekten erhöht werden könnte, um noch größere Rechenleistungen zu erreichen.

Lichtwellen schwingen mehrere hundert Trillionen Mal pro Sekunde und haben das Potential, die Bewegung von Elektronen zu steuern. Im Gegensatz zu...

Im Focus: Charakterisierung von thermischen Schnittstellen für modulare Satelliten

Das Fraunhofer IFAM in Dresden hat ein neues Projekt zur thermischen Charakterisierung von Kupfer/CNT basierten Scheiben für den Einsatz in thermalen Schnittstellen von modularen Satelliten gestartet. Gefördert wird das Projekt „ThermTEST“ für 18 Monate vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.

Zwischen den Einzelmodulen von modularen Satelliten werden zur Kopplung eine Vielzahl von Schnittstellen benötigt, die nach ihrer Funktion eingeteilt werden...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Gemeinsam auf kleinem Raum - Mikrowohnen

19.02.2020 | Veranstaltungen

Chemnitzer Linux-Tage am 14. und 15. März 2020: „Mach es einfach!“

12.02.2020 | Veranstaltungen

4. Fachtagung Fahrzeugklimatisierung am 13.-14. Mai 2020 in Stuttgart

10.02.2020 | Veranstaltungen

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

Supercomputer „Hawk“ eingeweiht: Höchstleistungsrechenzentrum der Universität Stuttgart erhält neuen Supercomputer

19.02.2020 | Informationstechnologie

Soziale Netzwerke geben Aufschluss über Dates von Blaumeisen

19.02.2020 | Biowissenschaften Chemie

Gemeinsam auf kleinem Raum - Mikrowohnen

19.02.2020 | Veranstaltungsnachrichten

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