Highlights 2011

Forschungsnachrichten aus dem Bereich Plasmarand und Wand

Der am häufigsten zitierte Artikel im „Journal of Nuclear Materials“
(21.11.2011)

Der Übersichtsartikel von J. Roth et al. zum Thema “Recent analysis of key plasma wall interactions issues for ITER” zusammen mit einer großen Zahl internationaler Experten mit einigen Koautoren aus dem Max-Planck-Institut für Plasmaphysik ist aktuell der am häufigsten zitierte Artikel, der in den letzten fünf Jahren im „Journal of Nuclear Materials“ veröffentlicht wurde.

Erschienen in den PSI Proceedings der PSI-19 im Jahre 2009, wurde dieser Artikel bis zum 5. Dezember 2011 bisher 101 Mal in anderen Arbeiten zitiert.

Joachim Roth, E. Tsitrone, A. Loarte, Th. Loarer, G. Counsell, R. Neu, V. Philipps, S. Brezinsek, M. Lehnen, P. Coad, Ch. Grisolia, K. Schmid, K. Krieger, A. Kallenbach, B. Lipschultz, R. Doerner, R. Causey, V. Alimov, W. Shu, O. Ogorodnikova, A. Kirschner, G. Federici, A. Kukushkin and EFDA PWI Task Force, ITER PWI Team, Fusion for Energy, ITPA SOL/DIV

Journal of Nuclear Materials, 390-391 (2009) 1-9:
Recent analysis of key plasma wall interactions issues for ITER

Neue Skalierung für Leistungsflussdichten im Divertor an JET und ASDEX Upgrade bestätigt
(20.09.2011)

Eine unserer größten Herausforderungen auf dem Weg zu einem Fusionsreaktor ist die Energieabfuhr im Divertor, wo das Plasma mit der Wand interagiert. Diese Wandkomponenten sind stark optimiert, um den höchsten Energieleistungen im Bereich von 10 – 20 MW/m2 standzuhalten. Deshalb ist eine zuverlässige Extrapolation der Energieleistungen von heutigen Experimenten zu zukünftigen Reaktoren äußerst wichtig. Eine erste Abschätzung, die das Verhältnis der Energie, die durch die Fusionsreaktion produziert wird, zur Größe des Energieabfuhrbereichs nutzt, wurde nicht ausreichend verstanden, sodass eine Extrapolation nicht gelang. Im Besonderen fehlte das Verständnis über den Transportprozess, der die radiale Breite dieses Bereichs festlegt.

Gemeinsame Experimente der wissenschaftlichen Teams an den Fusionsexperimenten ASDEX Upgrade in Garching und JET in Oxford haben nun die Datenbank verbessert. Spezielle Experimente untersuchten die Energieabfuhr und nutzten modernste thermografische Infrarotsysteme. Die wichtigste Eigenschaft der daraus resultierenden Skalierung ist, dass der Energieabfuhrbereich sich nur linear mit der Dimension des Gerätes vergrößert. Weitere Abhängigkeiten wurden auch im Magnetfeld an sich und dem Plasmastrom gefunden, beides wichtige Parameter für effizienten Plasmaeinschluss. Die experimentellen Ergebnisse konnten sehr erfolgreich mit einem Transportmodell erklärt werden, das am Princeton Plasma Physics Laboratory entwickelt wurde.

Ein Fusionsreaktor wird einen großen Radius von 6 Metern oder mehr benötigen, um den Fusionsprozess aufrecht zu erhalten und wird deshalb ungefähr zwei- bis viermal größer sein, als die zwei größten Experimente in Europa, ASDEX Upgrade und JET. Als Resultat würden die Leistungsflussdichten einen Wert von 10 – 20 MW/m2 in großen reaktorähnlichen Anlagen übersteigen. Diese Erkenntnis regt zur intensiven Untersuchung des Verfahrens zur Reduzierung der Leistungsflussdichte durch zusätzliche Maßnahmen wie Strahlungsenergieabfuhr oder der Anwendung von magnetischen Störungen an, um den Plasmarandbereich zu vergrößern und somit auch den Energieabfuhrbereich. Beide Themen sind Schwerpunktbereiche der experimentellen Forschung in ASDEX Upgrade.

Die Resultate wurden in T. Eich et al., Physical Review Letters 107 (2011), 215001, veröffentlicht.

 

Erfolgreiche Ausrichtung “13th International Workshop on Plasma-Facing Materials and Components for Fusion Applications / 1st International Conference on Fusion Energy Materials Science”
(13.05.2011)

Vom 9.-13. Mai fand in Rosenheim eine der wichtigsten Tagungen auf dem Gebiet der plasma-belasteten Materialien für die erste Wand von Fusionsanlagen statt. Die Tagung, vom Bereich E2M organisiert, war gleichzeitig eine Veranstaltung des EU-Projekts ">FEMaS – Fusion Energy Materials Science, dessen wichtigste Aufgabe es ist, neue Methoden der Charakterisierung von Fusionsmaterialien in die internationale Community der Fusions-Materialforschung zu integrieren. Der erste Tag der Tagung war acht „Tutorial Talks“ gewidmet, die sowohl Newcomern als auch „alten Hasen“ einen breiten Überblick über die Thematik der Plasma-Material-Wechselwirkung geben sollten: von Grundlagenprozessen der Plasma-Wand-Wechselwirkung über Bestrahlungseffekte in Fusionsmaterialien und Komponententest-Verfahren bis hin zu den Auslegungen der Komponenten für die erste Wand von ITER gingen die Themen. Zum ersten Mal bildeten daneben Themen der Materialcharakterisierung einen Schwerpunkt: moderne Methoden der Materialcharakterisierung mit Synchrotron- und Neutronenquellen, modernste Verfahren in der Transmissions-Elektronenmikroskopie sowie Mikro-mechanische Testmethoden und speziell auf Erste Wand-Materialien abgestimmte Analysentechniken.

Mit mehr als 280 Teilnehmern erreichte die Tagung eine Rekordteilnehmerzahl seit ihrem Bestehen. In 35 Plenarvorträgen wurden aktuelle Entwicklungen auf den Schwerpunktthemen der Wandmaterialien und –komponenten dargestellt. Die Themen reichten von „Diagnostik und Staub“, „Erste Wand-Forschung an JET“, „Wasserstoff-Rückhaltung“ und „Verunreinigungstransport“, über „Beryllium als Erste Wand-Material“ und „Wolfram unter hohen Wärmebelastungen“ bis hin zu „Neueste Materialkonzepte“ und „Fortgeschrittene Charakterisierungstechniken“. Daneben wurden etwa 200 Poster in Rosenheim präsentiert. Die Proceedings der Tagung werden noch in 2011 als ein Sonderband mit mehr als 80 Manuskripten in Physica Scripta erscheinen. Der kontinuierlich steigenden Zahl der Teilnehmer an dieser Tagung wurde durch eine Umbenennung Rechnung getragen: Die nächste „International CONFERENCE on Plasma-facing Materials and Components“ findet im Frühjahr 2013 am Forschungszentrum Jülich statt. Das IPP hat in Zukunft mit Wolfgang Jacob und Christian Linsmeier zwei Mitglieder im Programmkommittee.