Mikrowellenheizung - ECRH

Bei der Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Heizung (ECRH) werden Mikrowellen mit genau der Frequenz ins Plasma eingestrahlt, mit der die Elektronen auf ihren Schraubenbahnen um die Magnetfeldlinien umlaufen. Die Mikrowellen werden daher von den Elektronen im Plasma absorbiert und das Plasma dadurch aufgeheizt.


Da diese sogenannte Zyklotron-Frequenz vom Magnetfeld und damit vom Ort im Plasma abhängt, kann man die Heizenergie sehr gezielt deponieren und so z. B. die Temperaturverteilung im Plasma beeinflussen. Lenkt man die Mikrowellen etwa über Spiegel schräg  – also nicht genau senkrecht – zu den Magnetfeldlinien, können außerdem lokale Ströme im Plasma getrieben werden, durch die wiederum das Magnetfeld gezielt und sehr präzise beeinflusst wird.

Die ECRH ist das vorherrschende Heizsystem des Wendelstein 7-X und das einzige, das bereits jetzt in der Lage ist, ein Plasma im Dauerbetrieb zu heizen. Dazu wurden unter Federführung des Karlsruher Instituts für Technologie Hochleistungs-Mikrowellensender – Gyrotrons – mit einer Heizleistung von jeweils knapp 1 MW entwickelt und für einen halbstündigen Plasmabetrieb getestet. Vorgesehen sind im Endausbau 10 solcher Gyrotrons mit einer Gesamtleistung von etwa 8 MW, die mit ihren Versorgungseinrichtungen in einem Nebengebäude untergebracht sind. Für die ersten Testplasmen 2015 stehen derzeit 6 Gyrotrons mit etwa 5 MW Heizleistung bereit.

Die für das 2,5 Tesla starke Magnetfeld des Wendelstein 7-X benötigte Mikrowellenfrequenz beträgt 140 GHz; das entspricht einer Wellenlänge von 2 mm. Während in der Messtechnik diese Wellenlängen meist über Hohlleiter transportiert werden, wurde für Wendelstein 7-X zusammen mit der Universität Stuttgart eine quasi-optische Übertragungsleitung mit 140 Metallspiegeln entwickelt, die wegen der hohen Mikrowellenleistungen im Dauerbetrieb mit Wasser gekühlt werden.

 
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