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Konzepte von Fusionsreaktortypen, technischer Stand, Entsorgung Christoff Klinkicht | 7.7.2011 | HS Physik

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Konzepte von Fusionsreaktortypen, technischer Stand, Entsorgung

Christoff Klinkicht | 7.7.2011 | HS Physik

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Inhalt• Tokamak (ITER)

• Zielsetzung• Aufbau• Fusionskraftwerk

• Stellarator (Wendelstein 7-X)• Ziele• Charakteristika

• Verlauf der Fusionsexperimente

• Abfall / Entsorgung

• Quellen / Diskussion

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Zielsetzung

• ITER = International thermonuclear experimental reactor (Apronym: lat. „Weg“) nach Tokamak - Prinzip (russ.: Toroidale Kammer im Magnetfeld)

• Technische Machbarkeit + Gebrauchstauglichkeit der Energiegewinnung aus Kernfusion demonstrieren.

• Zehnfache Energieausbeute

• Einsatz von supraleitenden Magnetspulen

• Eigenständige Tritiumerbrütung

• Komplette Fernsteuerung

• Zukunftsweisend für Demonstrationsreaktor DEMO

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Daten:

Gesamtradius: 10,7 m

Großer Plasmaradius: 6,2 m

Plasmavolumen: 837 m3

Masse des Plasmas: 0,5 g

Magnetfeld: 5,3 T

Maximaler Plasmastrom: 15 MA

Heizleistung und Strombetrieb: 73 MW

Fusionsleistung: ≈ 500 MW

Mittlere Temp.: 100 Mil. °C

Brenndauer jedes Pulses: > 400 s

Kosten: ≈ 16 Mrd. €

ITER

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Vakuumbehälter

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Vakuumbehälter• „Doughnutförmiger“ doppelwandiger Behälter aus Edelstahl

• Luftdicht verschlossener Plasmabehälter, in dem Plasmastrom zirkuliert ohne Wände zu berühren

• Wasserkühlung notwendig

• 44 Anschlüsse zum Vakkumbehälter für Fernsteuerung, diagnostische Systeme und externe Heizung

• Erzeugung des Vakuums dauert 24-48h

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Blanket

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Blanket• 440 Blanket-Module an Innenwand des Vakuumgefäßes

– 1 x 1,5 Meter, 4,6 Tonnen

• Abschirmung gegen hochenergetische Neutronen, die bei Kernfusion entstehen

• Abbremsen der Neutronen für:– Kühlmittelerwärmung– Tritiumerbrütung

• Erste Wand: Beryllium zweite Wand: Kupfer + Edelstahl

• Sehr Anspruchsvolles Bauteil, besonders Tritiumerbrütung

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Magnete

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Magnete• 10.000t von supraleitenden Magneten für Plasmaformung/-Eindämmung

• 18 toroidal, 6 poloidal, 1 zentral + Zusatzspulen

• Gekühlt bei 4K: starkes Magnetfeld (13T)

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Toroidale Magnetspulen

• Plasmaeinschluss

• 11,8 T

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Poloidale Magnetspulen

• Plasmaeinschluss + Plasmaformung + Plasmastabilität

• Feld induziert durch Magnete und Strom

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Zentral-Magnet

• Großer Transformator, der Haupt-Plasma-Strom induziert

• Führt Feldlinien in Divertorregion

• Muss hohe Belastungsfähigkeit aufweisen

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Stromheizung

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Externe Heizung

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Externe Heizung• Um Kernfusion einzuleiten muss Wasserstoff-Plasma auf 150 Millionen °C erhitzt

werden

• Ohmsche Heizung

• Neutralteilchen-Einschuss

• Hochfrequente elektromagnetische Wellen für Ionen und Elektronenheizung (40-55MHz bzw. 170 GHz).

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