Einfluss der Plasma-Wand Wechselwirkung auf den Stickstofftransport in Fusionsexperimenten

Die Kontrolle der Plasma-Wand Wechselwirkung ist eine der größten Herausforderungen auf dem Weg zu einem Fusionsreaktor. Ein wichtiger Schritt zur Bewältigung dieser Herausforderung waren Experimente am Tokamak ASDEX Upgrade: Diese haben gezeigt, dass durch die Zugabe von Stickstoff zum Plasma der Leistungsfluss auf die Wand reduziert und gleichzeitig die Plasma-Performance verbessert werden kann. Dabei wurde aber auch festgestellt, dass Stickstoff aus dem Plasma in die Wolframoberflächen von ASDEX Upgrade implantiert und dort chemisch gebunden wird. Die Abbildung illustriert die vielfältigen Wechselwirkungen von Stickstoff mit einer Wolframoberfläche.

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Durch die Kombination von Laborexperimenten, Computersimulationen und dedizierten Experimenten an ASDEX Upgrade gelang es nun erstmals, diese Wechselwirkung quantitativ zu beschreiben. Das zugrunde liegende physikalische Bild ist in der Abbildung gezeigt: Durch die Implantation von Stickstoff in Wolfram kommt es zur Bildung von Wolframnitrid. Da Stickstoff aber nicht in das Material hineindiffundiert, kann die Oberfläche nur eine begrenzte Menge an Stickstoff aufnehmen, und überschüssiger Stickstoff entweicht zurück in das Plasma. Die Kombination des entwickelten Oberflächenmodels mit Plasmatransportrechnungen im Code WallDYN beschreibt die Stickstoffbilanz in ASDEX Upgrade und zeigt, dass sie von der Einlagerung in der Oberfläche dominiert wird.

 

Mit diesen Arbeiten hat Gerd Meisl am 15.01.2015 an der TU München promoviert.

G. Meisl et al., New J. Phys. 16, 093018 (2014),
http://dx.doi.org/10.1088/1367-2630/16/9/093018

G. Meisl et al., J. Nucl. Mater. 463 (2015) 668,
http://dx.doi.org/ 10.1016/j.jnucmat.2014.10.031

 
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