IPP Scientific Report erschienen
Überblick über die wissenschaftliche Arbeit des IPP von Januar 2017 bis September 2020
Auf 150 Seiten gibt der Scientific Report einen Überblick über die Forschungsergebnisse des IPP in Garching und Greifswald, darunter an den sechs Projekten des Instituts – ASDEX Upgrade, Wendelstein 7-X, Plasma-Wand-Wechselwirkung, Mitarbeit an JET und ITER sowie Plasmatheorie.
Eine kurze Auswahl wichtiger Ergebnisse: Der Stellarator Wendelstein 7-X arbeitete 2017 und 2018 zunächst mit einem ungekühlten Kohlenstoff-Testdivertor. Die Experimente lieferten dennoch beeindruckende Ergebnisse, wie den Betrieb bei hohen Plasmadichten mit Plasmatemperaturen von mehr als 20 Millionen Grad Celsius und lange Entladungszeiten bis zu 100 Sekunden. Seit November 2018 wird Wendelstein 7-X in einer umfangreichen Aufrüstung für den geplanten Langpulsbetrieb vorbereitet. Alle dem Plasma zugewandten Bauteile werden dazu mit Wasserkühlung ausgestattet. Nach starker Verzögerung durch die Covid-19-Pandemie sollen die Bauarbeiten bis Ende dieses Jahres abgeschlossen sein.
Der Tokamak ASDEX Upgrade erarbeitet Grundlagen für den ITER-Betrieb sowie für den Entwurf des Demonstrationskraftwerks DEMO. Von 2017 bis 2020 war die Anlage – aufgehalten durch die Covid-19-Pandemie und einen Reparaturfall – rund 20 Monate in Betrieb. Die Pausen wurden genutzt, um zusätzliche Messapparaturen einzubauen und die neue Elektronenzyklotron-Resonanzheizung fertigzustellen. Die Experimente brachten große Fortschritte bei der Entwicklung von Plasma-Betriebsweisen und der Modellentwicklung. Ein zentrales Thema war dabei die Erarbeitung von Plasmen ohne starke Randinstabilitäten (Edge-localized Modes, kurz ELMs). Inzwischen verfügt ASDEX Upgrade über ein großes Plasmen-Portfolio mit keinen oder nur schwachen ELMs.
Das Projekt „Plasma-Wand-Wechselwirkung“ unterstützt die Experimente an den Fusionsanlagen und erarbeitet grundlegendes Wissen zur Wechselwirkung zwischen dem heißen Plasma und der Gefäßwand in ITER, DEMO und künftigen Fusionskraftwerken. Ein Beispiel ist die Entwicklung von Wolfram-Kupfer-Verbundwerkstoffen, die mittels Kupfer-Schmelzinfiltration hergestellt werden – möglicherweise das passende Material für stark belastete Wandteile künftiger Fusionsanlagen.
Auch zur Vorbereitung der 2021 geplanten dritten Deuterium-Tritium-Kampagne am Europäischen Gemeinschaftsexperiment JET trug das IPP maßgeblich bei und arbeitete an der Entwicklung von Heizsystemen, Diagnostiken und dem System zur Plasmasteuerung für ITER.
Nicht zuletzt erzielten die Theoriebereiche der IPP wichtige Ergebnisse. So konnten die Mechanismen aufgedeckt werden, die den stabilisierenden Effekten schneller Teilchen zugrunde liegen. In Turbulenzsimulationen senken sie den turbulenten Transport im Plasma stark ab. Dies führte zur Entdeckung eines verbesserten Plasmazustands in ASDEX Upgrade und zu vielversprechenden Vorhersagen für Wendelstein 7-X. Auch der Ursprung und der Verlauf von ELMs konnte zum ersten Mal detailliert durch Computersimulationen erklärt werden.