Ein Schritt in Richtung Fusionskraftwerk

  • Blick in das viele Millionen Grad heiße Plasma der Fusionsanlage ASDEX Upgrade in Garching. Der Plasmarand wird auf die speziell ausgerüsteten Divertor-Platten am Boden gelenkt.
    foto: ipp

    Blick in das viele Millionen Grad heiße Plasma der Fusionsanlage ASDEX Upgrade in Garching. Der Plasmarand wird auf die speziell ausgerüsteten Divertor-Platten am Boden gelenkt.

Ausgeklügelte Steuerung sorgt für Erzeugung der viele Millionen Grad heißen Hochleistungsplasmen bei gleichzeitiger Schonung der Plasmagefäß-Wände

Wissenschafter an der Fusionsanlage ASDEX Upgrade im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Garching haben einen wichtigen Zwischenschritt auf dem Weg zu einem Fusionskraftwerk geschafft. Die Forscher entwickelten eine raffinierte Steuerung, die das als Brennstoff notwendige viele Millionen Grad heiße Hochleistungsplasma reguliert und gleichzeitig sicher stellt, dass die Wand des Plasmagefäßes nicht überlastet wird.

Ein Fusionskraftwerk soll - ähnlich wie die Sonne - aus der Verschmelzung von Atomkernen Energie gewinnen. Der Brennstoff - ein dünnes ionisiertes Wasserstoffgas, ein "Plasma" - muss dazu nahezu berührungsfrei in einem Magnetfeldkäfig eingeschlossen werden. So lässt sich das ultradünne Gas auf Zündtemperaturen über 100 Millionen Grad aufheizen.

Eine der großen Herausforderungen ist es, eine verträgliche Wechselwirkung zwischen dem Plasmagefäß und dem darin schwebenden heißen Plasma zu erreichen. Besondere Aufmerksamkeit ist an den Stellen nötig, an denen das Plasma Wandkontakt hat: Ein spezielles Magnetfeld, das Divertorfeld, lenkt den äußeren Rand des ringförmigen Plasmas gezielt auf besonders robuste, gekühlte Platten am Boden des Gefäßes. Auf diese Weise werden störende Verunreinigungen aus dem Plasma entfernt. Zugleich wird die Gefäßwand geschont und außerdem der heiße Innenbereich des Plasmas wirksam von der kälteren Hülle getrennt: Die vom Divertorfeld geformte Randschicht hüllt das Zentralplasma wie ein wärmender Mantel ein - die Voraussetzung für gute Wärmeisolation.

Heißes Plasmazentrum, kalter Rand

Die für ein Kraftwerk angezielte Wärmebelastung der Divertorplatten liegt bei fünf Megawatt pro Quadratmeter. Um diesen Wert nicht zu überschreiten, gilt es, den Plasmarand möglichst kalt einzustellen - und dennoch im Zentrum 150 Millionen Grad zu halten. Für die nötige Wärmeisolation sorgt vor allem das schalenfömig aufgebaute Magnetfeld, das den Transport von Teilchen aus dem heißen Plasmazentrum nach außen extrem bremst. Dem wurde an ASDEX Upgrade noch nachgeholfen. Der Plasmarand wurde aktiv gekühlt: durch Einblasen kleiner Mengen von Argon in die Hauptkammer und Stickstoff direkt vor den Divertorplatten.

Die eingeblasenen Verunreinigungsteilchen werden beim Kontakt mit dem heißen Plasma zum Leuchten angeregt. So schaffen sie die Energie auf sanfte Weise als Ultraviolett- oder Röntgenlicht aus dem Plasma. Anders als im heißen Zentrum, wo diese abkühlende Wirkung von Verunreinigungen vermieden werden muss, ist sie am Rand des Plasmas sehr nützlich: Bevor die schnellen Plasmateilchen auf den Divertorplatten aufprallen, haben sie ihre Energie bereits an die Stickstoff- und Argon-Atome verloren.

Weltrekord

Die so in dem vergleichsweise kleinen Plasma deponierte Heizleistung ist nach Angaben des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik Weltrekord: Bislang unerreichte 14 Megawatt pro Meter betrug die auf den Anlagenradius bezogene Heizleistung, ohne die Divertorplatten über den gewünschten Wert hinaus zu belasten.

Um in allen Phasen der zehn Sekunden langen Entladung den Wärmefluss auf die Divertorplatten exakt einzustellen, wurden Stickstoff- und Argonzufuhr unabhängig voneinander über eine ausgeklügelte - weltweit einmalige - Rückkopplungs-Regelung in Echtzeit gesteuert. Messgeräte registrieren dazu die im Hauptraum und im Divertor am Plasmarand abgestrahlte Energie, woraus der Leistungsfluss auf die Divertorplatten berechnet wird. Ist er zu hoch, wird sofort mehr Stickstoff oder Argon eingeblasen. Kommt zu wenig Leistung an, werden innerhalb von Millisekunden die Gasventile gedrosselt.

Mit diesem Regelungsmeisterstück bleibt die Divertorbelastung - trotz der hohen Heizleistung von 23 Megawatt für das Drei-Milligramm-Plasma von ASDEX Upgrade - stets im Zielbereich für ein späteres Kraftwerk. Zugleich weisen die Plasmen im Zentrum die gewünschte hohe Reinheit, hohe Temperatur und gute Wärmeisolation auf. "Wir sind zuversichtlich", sagt Projektleiter Arne Kallenbach, "dass mit diesem Verfahren auch die viel höheren Leistungsflüsse in einem späteren Kraftwerk zu bewältigen sind". (red, derstandard.at, 24.10.2012)


Link
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik: Fusion 21

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warum kein schwingkreis?

in welcher frequenz bringt man das plasma am passendsten zum schwingen?
plasma leitet doch, also müsste man das magnetfeld so anpassen können, dass zunehmende feldstärke die fusionsrate erhöht, sich das plasma dadurch ausdehnt, und mittels induktion auf der anderen seite einen stromstoss erzeugt. diese energie wir wie bei einem transformator ausgekoppelt. dadurch wird das plasma abgebremst und die fusionsrate sinkt zugleich, weil es an dichte verloren hat.
für das magnetfeld und seine erzeugungsmaschine wäre es ein vorgang zweiter ordnung bzw überlagert.
da heisst, es ist ein gepulster betrieb.
man könnte weiters eine art gegentaktanordnung bauen, sodass der stromstoss der einen seite das plasma der anderen seite verdichtet, und retour.

Interessante Idee, vielleicht wird es auch so gemacht. Die Felder sind enorm kompliziert und nicht statisch, aber für den Einschluss braucht man etwas permanentes. Man bräuchte auch einen riesen supraleitenden Kondensator.
Haben Sie beim Schwingkreis an den Plasma-pinch-effekt gedacht?
Zwei Reaktoren zusammen zu schalten um einen Dauerstrichbetrieb zu bekommen macht Sinn.

Turbine schreibt man mit i

Gilt nur für ganz kleine Turbinen!

LENR ist die Energiewende ohne wenn und aber.

Es ist wie ein Zug der abfährt. Entweder Sie sitzen drin oder sie schauen hinterher.
Low energy nuclear reaction:
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LENR4you

diese richtung finde ich ziemlich unberechenbar.
das plasmon-thema entwickelt sich grade sehr massiv.
wasserstoff-isotope in platin mit fraktalen oberflächen, an denen sich die plasmon-anregung abspielt, ob man da einzelne atompakete so extrem anregen kann, dass sie fusionieren? das wäre wohl dezentral für haushalts-energiemengen geeignet...
leistbar ist eine andere frage. andererseits für bemannte raumstationen, mondbasis, derartige projekte..

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"Was will man mehr."

Dass es mehr ist als eine Verschwörungstheorie und funktioniert.

Plasma berührungsfrei mit der Reaktorwand zu halten ist wohl eher ein Kinderspiel.

Was die unüberbrückbare Hürde ist: Energieübertragung durch extrem "heiße" = energiereiche Photonen - zerstören 1)jedes Material und 2)verunreinigen dadurch das Plasma
im Nu.
Dieses Problem ist unlösbar.

Steckt bei einer D-T Fusion nicht praktisch die gesamte freiwerdenden Energie in der kinetischen Energie der Neutronen? Die spattern natürlich ordentlich von der Wand ab, weshalb es gerade das im Artikel beschriebenen Divertorfeld mit -platten gibt um diese Unreinheiten zu entfernen.

..Steckt bei einer D-T Fusion nicht praktisch die gesamte freiwerdenden Energie in der kinetischen Energie der Neutronen?

Nein und die Neutronen sputtern auch nichts von den Platten.

kalte Fusion

Ich weiß, dass dieses Thema immer wieder mal aufkommt, aber seit 2 Jahren verfolge ich nun schon einen Italiener Andrea Rossi, der behautet mit seiner "ECat" Wasserstoff + Nickel zu Kupfer + Energie umzuwandeln zu können.
Er will die "ECat" 2013 auf den Markt bringen, vorerst nur für Heizzwecke. Sein persönliches Ziel ist, Strom in Verbindung mit einem Dampfturbienenprozess zu äußerst geringen laufenden Kosten zu erzeugen.

Wen es interessiert hier ein paar Links zum einlesen:
http://www.heise.de/tp/artike... 677/1.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Ener... _Catalyzer
hier beantwortet er Fragen zum Thema: http://www.rossilivecat.com/all.html
offizielle Webseite: http://ecat.com

Googeln sie nach "Watergate - The War Against Cold Fusion " auf YouTube. Wie das FS3 berichtete, gibt es noch viele andere, z.Zt. laufenden Versuche, neben all den überbezahltenund überberichteten Overkills "heiße" Fusion z.bewerkstelligen. Etwa das…

…LLP:

http://derstandard.at/plink/135... 7/28621052

Die Reaktionen der "schnellen Eingreiftruppe v.Gnaden der hlg.Mainstreaminquisition" hier zeugen immer öfter entweder v.eklatanten Unverständnis für Physik od.sind Ausdruck ihrer Angst des fortwährenden Aufblattelns ihrer überholten Vorstellungen der Realität:
http://www.youtube.com/watch?v=jVif4hUAJ8c

Hier erkennen sie schön, wie der gepulste Ionen/Elektronenstrahl eines PLASMOIDES (eine natürliche Instabilität in Plasma) entsteht, der DIREKT in Strom umgewandelt werden kann, wenn er sich in BEIDE RICHTUNGEN "aus-entwickelt".

Wir sehen ähnliche Jets bei Galaxien od.bei Objekten im All, die von den Gläubigen gerne als "Schwarze Löcher" (ihres Wissenstandes?) bezeichnet werden.

Da würde mich schon brennend interessieren, was an "1.8 billion degrees" konkret kalt sein soll. (Quelle: wikipedia)
Oder auch "It also produces dense concentrations of hot plasma, or plasmoids." (Quelle:LPP paper von Anfang dieses Jahres)

Ich gehe jetzt einmal davon aus, dass mit LLP eigentlich LPP (Lawrenceville Plasma Physics) gemeint ist.

Man muss einfach die Coulomb-Barriere durchbrechen und dazu braucht man schnelle = heiße Teilchen.

(Mit myonisiertem Wasserstoff funktioniert es wirklich bei relativ niedrigen Temperaturen, aber man muss zum Myonisieren mehr Energie hineinstecken, als man durch die Fusion gewinnt laut meines letzten Wissensstands.)

Danke, "LPP" ist korrekt, offenbar spukt das "Lawrence Livermore National Laboratory" zu sehr im Fern-Seher herum…

…Hier ältere Bilder aus einer Hochgeschwindigkeitskamera, welche schön das "Pinchen" des Plasmoids zeigt, wobei bereits für Elektronen nun bereits Teilchenenergien von 4,4 Mrd.°K erzielt wurden, was für die Ionen aber erst etwa die Hälfte bedeutet:
http://www.youtube.com/watch?v=abvdXZfUHIg

Das Faszinierende bei Lerners Ansatz ist aber w.g., daß er eben versucht das NATÜRLICHE Verhalten von Plasma auszunutzen und nicht -wie bei den meisten herk.Experimenten- ein künstlich geordnetes Torusfeld zu erhalten.



PS: Das FS3 meinte eigentlich das Bsp.vom LPP im Gegensatz zu LENR, deshalb auch "heiße" Fusion.

Ich glaube man kann Energie aus Fusion über viele Wege erreichen - welcher sich am Ende durchsetzt wird unter anderem sicher davon abhängen, welche Methode am besten skalierbar ist und damit am meisten Gewinn (sowohl energetisch als auch finanziell) entspricht.
Ich kann jetzt leider nicht wirklich abschätzen, wie DPF sich da verhält.

Aus 2013 wird 1014 werden

aus 2014 wird 2015 werden,
usw., usw.!

Wetten?

ACK.
Das gilt genauso für die heißen Projekte.

Das stimmt allerdings.
Der Unterschied ist aber, dass bei diesen Projekten der derzeitige Wissensstand bzw. die Hürden wg. denen es nicht weitergeht sehr gut dokumentiert werden.
Das andere funktioniert ja bereits, nur ist es eben aufgrund rätselhafter Umstände nicht so einfach möglich mal eine Modellanlage herzuzeigen! :-D

Gründümmels verhindern eh schon jeglichen Kraftwerksbau,..

..weil jetzt kommen die Fusionskraftwerke mit unendlich hoher Stromausbeute!

"Unbegrenzte" günstige elektrische Energie, ein TRAUM!

Wenn die Menschheit das geschafft hat bevor sie sich selbst vernichtet wird das ein tolles Zeitalter!

Sollte tatsächlich einmal Energie unbegrenzt vorhanden sein...

...kommt sofort das nächste Problem: die Abwärme - Kühlrippen in den Weltraum hinaus?

Anbetracht dessen was die Sonne pro Tag einstrahlt und was die Menscheit pro Tag verbraucht, glaube ich nicht dass das jetzt sofort ein Problem wäre. So viel Energie kann die Menschheit nicht so schnell verblasen...
Obs jetzt so gut wäre, wenn die Menschheit so viel verschwenden könnte wie sie wollte, glaub ich allerdings auch nicht... Da es allerdings noch etliche Hürden bis zum praktischen Einsatz von Fusionskraftwerken gibt, bleibt zu hoffen das die Reifung der Menschheit zu einem gerechten Zusammenleben und die Entwicklung der Technik gleichzeit erfolgen.

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