Konzepte von Fusionsreaktortypen, technischer Stand, Entsorgung

1. Konzepte von Fusionsreaktortypen, technischer Stand, Entsorgung Christoff Klinkicht | 7.7.2011 | HS Physik

2. Inhalt • Tokamak (ITER) • Zielsetzung • Aufbau • Fusionskraftwerk • Stellarator (Wendelstein 7-X) • Ziele • Charakteristika • Verlauf der Fusionsexperimente • Abfall / Entsorgung • Quellen / Diskussion

3. Zielsetzung • ITER = International thermonuclear experimental reactor (Apronym: lat. „Weg“) nach Tokamak - Prinzip (russ.: Toroidale Kammer im Magnetfeld) • Technische Machbarkeit + Gebrauchstauglichkeit der Energiegewinnung aus Kernfusion demonstrieren. • Zehnfache Energieausbeute • Einsatz von supraleitenden Magnetspulen • Eigenständige Tritiumerbrütung • Komplette Fernsteuerung • Zukunftsweisend für Demonstrationsreaktor DEMO

4. ITER Daten: Gesamtradius: 10,7 m Großer Plasmaradius: 6,2 m Plasmavolumen: 837 m3 Masse des Plasmas: 0,5 g Magnetfeld: 5,3 T Maximaler Plasmastrom: 15 MA Heizleistung und Strombetrieb: 73 MW Fusionsleistung: ≈ 500 MW Mittlere Temp.: 100 Mil. °C Brenndauer jedes Pulses: > 400 s Kosten: ≈ 16 Mrd. €

9. Vakuumbehälter

10. Vakuumbehälter • „Doughnutförmiger“ doppelwandiger Behälter aus Edelstahl • Luftdicht verschlossener Plasmabehälter, in dem Plasmastrom zirkuliert ohne Wände zu berühren • Wasserkühlung notwendig • 44 Anschlüsse zum Vakkumbehälter für Fernsteuerung, diagnostische Systeme und externe Heizung • Erzeugung des Vakuums dauert 24-48h

11. Blanket

12. Blanket • 440 Blanket-Module an Innenwand des Vakuumgefäßes • 1 x 1,5 Meter, 4,6 Tonnen • Abschirmung gegen hochenergetische Neutronen, die bei Kernfusion entstehen • Abbremsen der Neutronen für: • Kühlmittelerwärmung • Tritiumerbrütung • Erste Wand: Beryllium zweite Wand: Kupfer + Edelstahl • Sehr Anspruchsvolles Bauteil, besonders Tritiumerbrütung

13. Magnete

14. Magnete • 10.000t von supraleitenden Magneten für Plasmaformung/-Eindämmung • 18 toroidal, 6 poloidal, 1 zentral + Zusatzspulen • Gekühlt bei 4K: starkes Magnetfeld (13T)

15. Toroidale Magnetspulen • Plasmaeinschluss • 11,8 T

16. Poloidale Magnetspulen • Plasmaeinschluss + Plasmaformung + Plasmastabilität • Feld induziert durch Magnete und Strom

17. Zentral-Magnet • Großer Transformator, der Haupt-Plasma-Strom induziert • Führt Feldlinien in Divertorregion • Muss hohe Belastungsfähigkeit aufweisen

18. Stromheizung

19. Externe Heizung

20. Externe Heizung • Um Kernfusion einzuleiten muss Wasserstoff-Plasma auf 150 Millionen °C erhitzt werden • Ohmsche Heizung • Neutralteilchen-Einschuss • Hochfrequente elektromagnetische Wellen für Ionen und Elektronenheizung (40-55MHz bzw. 170 GHz).