Highlights 2011

Forschungsnachrichten aus dem Bereich Plasmarand und Wand


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.

Zeitspur der Leistungsflüsse im Divertor gemessen mit hochauflösender Thermographie sowie deren maximale und integrale Werte.
Die Übereinstimmung der vorhergesagten mit den gemessenen Leistungsabfalllängen ist besonders überzeugend.

 

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