Stellarator-Dynamik und -Transport
Der Bereich ist verantwortlich für die Ingenieurtechnik des Wendelstein 7-X und für die wissenschaftliche Untersuchung kollektiver dynamischer Phänomene, die das Plasma des optimierten Stellarators Wendelstein 7-X auf langen und kurzen Längen- und Zeitskalen entwickelt. Entsprechend teilt sich der Bereich organisatorisch auf zwei Gruppen auf: Dynamik und Ingenieurtechnik.
Dynamik
Dynamische Phänomene in Plasmen haben grundsätzlich einen raum-zeitlichen Charakter, was aufwändige, oft sogar bildgebende plasmadiagnostische Instrumente erfordert. Der Bereich entwickelt und betreibt diese Instrumente am Stellarator Wendelstein 7-X und führt die Interpretation der Messdaten mit modellbasierten und statistischen Analysemethoden durch. Eng damit verbunden sind wesentliche Elemente des Plasmatransportes für die Teilchen im Plasma und die Plasmaenergie, was unmittelbar die Zielparameter bestimmt.
Die Gruppe ist auf vier Fachgruppen aufgeteilt:
Magnetohydrodynamik
Es werden die physikalischen Eigenschaften des Plasmagleichgewichts und Plasmainstabilitäten auf großen Längen- und Zeitskalen untersucht. Dazu gehört auch die Untersuchung von sogenannten Alfvén-Eigenmoden, elektromagnetische Wellen, die zum Beispiel von schnellen Ionen angeregt werden können.
Transport, Verunreinigungen und Strahlung
Untersuchungsgegenstand ist hier der Teilchentransport, vor allem die Quellen und der Transport von Verunreinigungsteilchen, die für einen erheblichen Teil der Plasmastrahlung verantwortlich sind und damit in die Energiebilanz des Plasmas wesentlich eingehen.
Turbulenz
Es werden von Druckgradienten getriebene Plasmainstabilitäten auf kurzen Längen- und Zeitskalen (Mikroinstabilitäten) untersucht. Diese Instabilitäten entwickeln sich stark nichtlinear und treten in ihrer Konsequenz als Plasmaturbulenz auf. Plasmaturbulenz bestimmt dominant den Transport von Plasmateilchen und -energie.
Diagnostiktechnik
Hier wird die technische Expertise für die plasmadiagnostischen Systeme gebündelt und den wissenschaftlichen Fachgruppen des Bereiches verfügbar gemacht. Die Entwicklung wissenschaftlicher Instrumente reicht von der Konzeption über Konstruktion bis hin zur Fertigung, Erprobung und Einbau.
Ingenieurtechnik
Wendelstein 7-X ist eine technisch höchst komplexe Experimentieranlage. Diese Gruppe ist verantwortlich für die Wartung und Erweiterung der Maschine und der zugehörigen Versorgungssysteme. Damit werden die Betriebsbereitschaft, die Sicherheit und das technische Niveau des Wendelstein 7-X auf dem erforderlichen hohen Standard gehalten.
Die Gruppe ist derzeit auf fünf Fachgruppen aufgeteilt:
Torushalle
Diese Fachgruppe führt die technischen Arbeiten an der eigentlichen Anlage Wendelstein 7-X durch. Dazu zählen Erweiterungsarbeiten, Umbauten, notwendige Reparaturen und anteilig Wartungs- und Prüfarbeiten. Während des Betriebes von Wendelstein 7-X unterstützt die Fachgruppe die technisch-betrieblichen Abläufe.
Montagetechnologie
Hier werden die technologischen Verfahren, Prozesse und Instrumente für die technischen Arbeiten am Wendelstein 7-X entwickelt. Dazu gehört die Planung und Installation der Maschinenperipherie sowie die Montageplanung und Arbeitsvorbereitung.
Ingenieuranalyse
Die Sicherstellung der mechanischen, thermischen und elektromagnetischen Integrität des Wendelstein 7-X unter den verschiedenen Betriebsbedingungen erfordert komplexe und aufwändige numerische Berechnungen, die in dieser Fachgruppe durchgeführt werden. Dazu zählt auch die Pflege der numerischen Modelle und die Auswertung von Sensordaten während des Betriebes von Wendelstein 7-X.
Konstruktion
Die Fachgruppe erstellt ingenieurtechnische Entwicklungs- und Konstruktionslösungen und trägt so zu den Betriebszielen von Wendelstein 7-X bei. Zudem pflegt und entwickelt sie die konstruktionstechnische Infrastruktur und Modelle.
Versorgungssysteme
Für den Dauerbetrieb eines Plasmas wird eine umfangreiche Kühlung der Komponenten im Plasmagefäß benötigt, für die diese Fachgruppe verantwortlich ist. Hinzu kommen zahlreiche weitere Kühlkreisläufe für Heizungen und Plasmadiagnostiken. Die zweite Kernaufgabe besteht in der Versorgung der Heizungssysteme des Wendelstein 7-X mit Hochspannung im Megawattbereich.