Ionen-Zyklotron-Resonanz-Heizung (ICRH)

Mit der Ionen-Zyklotron-Resonanz-Heizung werden die Ionen des Plasmas durch elektromagnetische Wellen auf hohe Energien beschleunigt und so das Plasma über Stöße geheizt.


Elektromagnetische Wellen mit Frequenzen der Ionen-Zyklotron-Bewegung – der Spiralbewegung der Ionen um die Magnetfeldlinien – können in Plasmen unter bestimmten Bedingungen absorbiert werden. Dabei führt die aufgenommene Energie zu einer Erhöhung der kinetischen Energie der resonanten Plasma-Ionen bis hin zu Energien, die denen von Alpha-Teilchen in einem Fusionsreaktorplasma vergleichbar sind. Diese kinetische Energie wiederum wird durch Stöße an das übrige Plasma weitergegeben und erhöht so die Temperatur des Plasmas.

Für Wendelstein 7-X ist ein ICRH-System für die Betriebsphase OP 1.2 geplant. Dazu wird ein Hochfrequenzgenerator einer Leistung von etwa 1,5 MW für 10 Sekunden und mit einem abstimmbaren Frequenzbereich zwischen 25 und 38 MHz über ein koaxiales Übertragungsleitungssystem mit einer Antenne im Plasmagefäß verbunden, mit der diese elektromagnetischen Wellen in das Plasma eingekoppelt werden können. Ziel ist es, Plasmen insbesondere bei hohen Dichten zu heizen und das Plasmaeinschlussverhalten der schnellen Ionen experimentell zu untersuchen. Eine wichtige Frage ist, ob sich das Einschlussverhalten schneller Teilchen bei hohen Plasmadichten und -temperaturen verbessert, wie in der Optimierung des Magnetfeldes von Wendelstein 7-X vorhergesagt.

Aufgabe der Arbeitsgruppe ist der Aufbau des ICRH-Systems in Zusammenarbeit mit der Königlichen Militärakademie in Brüssel und dem Forschungszentrum Jülich.  Parallel dazu wird das notwendige theoretische Rüstzeug entwickelt, um die experimentellen Ergebnisse auch im Detail mit theoretischen Modellierungen vergleichen zu können.

Computerdarstellung der an Wendelstein 7-X geplanten ICRH-Heizung
Computerdarstellung der an Wendelstein 7-X geplanten ICRH-Heizung
 
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