Helium- und Verunreinigungstransport
Die HIT-Gruppe untersucht das Verhalten von Helium und anderen Verunreinigungen in Fusionsplasmen, um zu verstehen, wie sie die Effizienz zukünftiger Fusionsreaktoren beeinflussen können.
Helium ist ein Produkt der Deuterium-Tritium-Fusionsreaktion, der vielversprechendsten Reaktion für die Energieerzeugung. Daher ist es ein integraler Bestandteil des Fusionsprozesses. Die bei der Fusion entstehenden α-Teilchen übertragen ihre Energie durch Kollisionen auf das Plasma und können so die Temperatur des Plasmas aufrechterhalten. Sobald dies geschehen ist, müssen die abgebremsten Helium Ionen, die als Helium-„Asche“ bezeichnet werden, jedoch so schnell wie möglich aus dem Plasma entfernt werden, um eine Verdünnung des Fusionsbrennstoffs zu vermeiden.
Abgesehen von Helium enthält ein Fusionsplasma unvermeidlich auch andere Verunreinigungen, die aus der Wechselwirkung zwischen Plasma und Reaktor-Wand stammen oder absichtlich hinzugefügt werden, um die Wärmebelastung der Reaktor-Wand zu reduzieren. Um ein selbsterhaltendes Fusions-Plasma zu erzeugen, ist es unerlässlich, den Transport der Verunreinigungen im Plasma zu verstehen und den Verunreinigungsgehalt zu kontrollieren.
Unsere Forschung zielt darauf ab, zu verstehen, wie sich Verunreinigungen in einem Fusionsplasma verhalten. Wir wollen das Helium von seiner Entstehung in Fusionsreaktionen bis zu seiner Entfernung aus dem System verfolgen und die Prozesse verstehen. Ziel ist es, das Heliumverhalten zuverlässig in die Entwicklung von Plasmaszenarien einzubeziehen und belastbare Vorhersagen für zukünftige Fusionsanlagen treffen zu können.
Die Themengebiete der Gruppe sind:
Messung von Verunreinigungen:
Wir betreiben verschiedene Diagnostiken, um Verunreinigungen in ASDEX Upgrade zu messen. Die Ladungsaustauschrekombinationsspektroskopie (ja, so heißt sie, kurz: CXRS) ist eine wichtige Diagnostik, mit der die Ionentemperatur, die Plasmarotation und auch die Konzentration leichter Verunreinigungen, wie z.B. Helium, im Plasma gemessen werden können. Optische Penning-Gauges werden verwendet, um den Helium-Partialdruck im Divertor und in den Pumpkammern zu messen.
Transport von Helium und Verunreinigungen:
Wir entwickeln Experimente und führen diese an ASDEX Upgrade durch, um den Transport von Helium und anderen Verunreinigungen vom Zentrum zum Rand des Plasmas zu verstehen und die theoretischen Berechnungen zu validieren.
Studien zu schnellen Ionen:
Wir untersuchen das Verhalten schneller Ionen in ASDEX Upgrade, sowohl von schnellen Deuterium- als auch Helium-Ionen, um möglichst viel über die bei der Fusion entstehenden α-Teilchen und andere hochenergetische Ionen zu erfahren. Zu diesem Zweck werden die Fast Ion Dα (FIDA) Spektroskopie und die Ladungsaustauschrekombinationsspektroskopie (CXRS) eingesetzt.
Heliumabfuhr:
Wir untersuchen in verschiedenen Plasmaszenarien an ASDEX Upgrade, wie Helium vom Plasma zum Divertor transportiert wird, um dort mit entsprechenden Systemen abgepumpt zu werden. Eine effiziente Heliumabfuhr ist in zukünftigen Reaktoren von entscheidender Bedeutung, um ein brennendes Plasma aufrechtzuerhalten und eine Verdünnung des D-T-Fusionsbrennstoffs durch Helium zu verhindern.