ECRH Launcher Einbau

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. Die Entwicklung eines entsprechenden 1.5 MW Langpuls Gyrotrons wird derzeit vorbereitet. Vorgesehen sind im Endausbau 10 - 12 solche Einheiten mit einer angestrebten Gesamtleistung von bis zu 15 MW.

Zur zweiten Experimentierphase (OP1.2) standen 10 Gyrotrons bereit, die eine Maximalleistung von etwa 7.5 MW im Plasma deponieren konnten.

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 insgesamt - für alle 10 Stahlen - 140 Metallspiegeln entwickelt, die wegen der hohen Mikrowellenleistungen aber im Dauerbetrieb mit Wasser gekühlt werden. Da die Mikrowellen Strahlen andererseits in Luft nahezu verlustfrei transportiert werden, können die Gyrotrons und ihre Versorgungseinrichtungen problemlos in einem Nebengebäude untergebracht sein. 

ECRH Anlage des W7-X mit der optischen Übertragungsstrecke zwischen den Gyrotrons (rechts) und dem W7-X  (links).
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