Auf dem langen Marsch zum Kraftwerk 3.15 Auf dem langen Marsch zum Kraftwerk

Ein schematischer Blick ins Fusionskraftwerk

ITER 12 m ITER-FEAT beruht auf dem Tokamak Prinzip, also die Verschraubung des Magnetfeldes wird durch einen Strom im Plasma erzeugt. Der Apparat ist wie eine Zwiebel aufgebaut. Die äußere Hülle heißt Kryostat, sie wird benötigt, weil die supraleitenden Magnete in einem Vakuum stehen müssen, sonst würden sie durch das umgebende Gas zu sehr erwärmt. Dann kommen die Magnete. Dann das Vakuumgefäß. Dann die Abschirmung, das Blanket, die erste Wand und zum Schluß das Plasma. Die Größe der Anlage ist beachtlich,

Stand und Aussichten der Kernfusion: Zeitplan JET ITER Advanced ITER-Prototypen TOKAMAK ITER-FDR Materialentwicklung IFMIF DEMO Asdex-Upgrade Wendelstein 7 AS Wendelstein 7 X ... Sicherheitsforschung Sozi-Ökonomiche Forschung heute heute + 15 heute + 30

Einige technologische Brennpunkte 3.16 Einige technologische Brennpunkte

Stand der Technologie * Magnete * Divertor * Blanket * Materialien * Pumpen, ...

Stand der Technologie.Magnete Die „herkömmlichen“ NbTi-Supraleiter reichen nicht aus ein hinreichend starkes Magnetfeld zu erzeugen. Neue Ansätze mußten beschritten werden mit Nb3Zn. Prototypen für die ITER Magneten wurden entwickelt, gebaut und erfolgreich in Japan und Deutschland getestet.

Stand der Technologie * Magnete * Divertor * Blanket * Materialien * Pumpen, ...

Stand der Plasmaphysik In einem Fusionskraftwerk werden etwa 3000 MW thermisch Leistung produziert, 600 MW fallen als Heizleistung im Plasma an. Diese Leistung muß kontrolliert abgeführt werden. Mit der Divertor Konfiguration ist dies möglich geworden. Trotzdem müssen Wärme- flüsse bis 10 MW/m2 beherrscht werden. Stichworte: H-Mode, Detached-Plasma

Stand der Technologie: Divertor Als Materialien kommen CFC, Wolfram und Beryllium in Frage. Am erfolgreichsten sind zur Zeit CFC mit Kupfer und Wasser als Kühlmittel. Ganz neue Verbindungstechniken mußten entwickelt werden, um Kohlenstoff und Kupfer zu verbinden.

Stand der Technologie * Magnete * Divertor * Blanket * Materialien * Pumpen, ...

Stand der Technik: Das Blanket Das Blanket erfüllt drei Aufgaben: * Wandlung der Neutronenenergie in wertvolle Wärme * Brüten von Tritium * Abschirmung Von dem Temperaturniveau und dem Kühlmedium des Blanket hängt der Gesamtwirkungsgrad der zukünftigen Kraftwerke ab. Die Brutrate muß größer als eins sein. Die Materialwahl ist kritisch. Konzepte sind entwickelt. Prototypen werden in ITER getestet.

Stand der Technologie * Magnete * Divertor * Blanket * Materialien * Pumpen, Remote Handling usw ...

Stand der Technologie: Materialien Kandidaten für das Material sind schon identifiziert und werden laufend verbessert. Insbesondere zwei Anforderungen müssen erfüllt sein: * mechanische Stabilität bleibt auch nach langer Neutronen- bestrahlung erhalten * niedrige Aktivierung der Materialien zur Vermeidung großer und langlebiger Abfallmengen.

3.17 Sicherheit der Fusion * Tritium * Unfälle * Radiotoxische Abfälle

TRITIUM Halbwertszeit: 1/2 = 12,3 JAHRE ß-STRAHLER (18,6 KV) H3 (-) He3 BIOLOGISCHE HALBWERTSZEIT IM MENSCHLICHEN KÖRPER FÜR: KÖRPERWASSER (CA. 92 %) 10 TAGE IMMOBILES KÖRPERWASSER (CA. 4 %) 1 MONATE FESTE ORGANISCHE BINDUNG (CA. 4 %) 1 JAHR INTERNER DOSIS-KONVERSIONSFAKTOR: 65 REM / Curie ( zum Vergleich: PLUTONIUM 50 M REM / Curie ) Radioaktivität: 1 g Tritium ~ 104 Cl EIN VERLETZLICHES INVENTAR VON WENIGEN HUNDERT GRAMM TRITIUM WIRD ANGESTREBT . /Pinkau,K.:“Stand und Perspektiven der Fusionsforschung“, DPG-AKE-1996, p.183-227 ; Fig.27 +p.196 /

Zwei Worte zur Sicherheit Selbst schwere Unfälle führen nicht zu einem Bruch des Confinements: keine Reaktivitätsexkursion, kein Schmelzen des Kerns bei Kühlmittelverlust, alle anderen Energieinventare sind hinreichend klein. Aber selbst, wenn alles Tritium das Kraftwerk verläßt, wäre eine Evakuierung nur in einem Bereich von 2-3 km2 notwendig.

Zwei Worte zur Sicherheit Die Radiotoxizität des Abfalles fällt nach hundert Jahren um etwa 3-4 Größen- ordnungen ab. Im Prinzip läßt sich fast der gesamte Abfall wiederverwerten.

Der Zwischenspurt zum ITER 3.18 Der Zwischenspurt zum ITER

Wie muß der nächste Schritt aussehen? B J H A Ñ É P S ASDEX DIII-D JET JFT2M PBXM PDX DIII-D rho* and kappa studies JET rho* study ELMy data (with TAUC93 ) I T E R 10 1.0 0.1 0.01 0.01 0.1 1.0 10.0 tE (Skalierung,85 * ITERH93P) [sec] t E [sec]

ITER 12 m ITER-FEAT beruht auf dem Tokamak Prinzip, also die Verschraubung des Magnetfeldes wird durch einen Strom im Plasma erzeugt. Der Apparat ist wie eine Zwiebel aufgebaut. Die äußere Hülle heißt Kryostat, sie wird benötigt, weil die supraleitenden Magnete in einem Vakuum stehen müssen, sonst würden sie durch das umgebende Gas zu sehr erwärmt. Dann kommen die Magnete. Dann das Vakuumgefäß. Dann die Abschirmung, das Blanket, die erste Wand und zum Schluß das Plasma. Die Größe der Anlage ist beachtlich,

Geschichte von ITER 1985 Erster Vorschlag der UDSSR zum Bau eines neuen großen TOKAMAKS 1986 Erste Vorschläge der USA zur Implementierung eines „globalen“ Forschungsprozesses 1988-1990 ITER Conceptual Design Activity (CDA) 1992 ITER Engineering Design Activity wird gestartet 1994 ein outline design report liegt vor 1998 der Final Design Report (FDR) wird akzeptiert eine Kostenreduktion um 50 % wird gefordert, die USA verlassen den ITER Prozeß vorläufig 2000 erweiterte EDA legt outline design für kleinere Maschine vor 2001 Abschluß der erweiterten EDA 2001- Beginn der Verhandlungen zur Schaffung einer ITER Legal Entity und zur Festsetzung eines Standortes Coordinated Technical Activity (CTA)

ITER: Standorte * Kanada hat einen offiziellen ITER-Standort angeboten * Frankreich führt umfangreiche Untersuchungen über den Standort Cadarache in der Provence durch * Spanien mach Untersuchungen für einen Standort in Tarragona * Japan hat zwei Standorte identifiziert

ITER: Politik * im 6. EU Forschungsrahmenprogramm sind schon 200 Mio. Euro für den Bau von ITER vorgesehen * die USA denkt laut darüber nach, wieder an ITER teilzunehmen

Europäische Forschungspolitik

Zusammenfassung * erhebliche Fortschritte wurde gemacht mit den JET D-T Experimenten als Höhepunkten * die notwendigen Schritte auf dem Weg zu einem Fusionskraftwerk sind identifiziert * die physikalische Datenbasis ist ausreichend, um den nächsten Schritt zu planen und mit Zuversicht umzusetzen * viele Schlüsseltechnologien sind bereits entwickelt, ein Test im Verbund steht aus

Literatur Hamacher, Thomas: Vortrag AKE_2002F (von ihm stammen die meisten Original Folien) Hamacher,T. und Bradshaw.A.M.:“ Fusion as a future power source: recent achievements and prospects“, proceedings of the 18th World Energy Congress, 2001 Pinkau, K.: “Stand und Perspektiven der Fusionsforschung“, DPG-AKE-1996, p.183-227 Sehr gute Einführung: IPP 1995 : Kernfusion- Berichte aus der Forschung ; (IPP= MPI für Plasmaphysik, Garching) IPP : http://www.ipp.mpg.de/ Milch,I.: “Die Sonne auf die Erde holen“, PhiuZ 26 (1995),Heft 2;,p.69-74;

Energiewirtschaft (Kosten) Stand und Aussichten der Kernfusion Physik Forschungs- politik Sicherheit Entwicklung der Technologie Magnetische Fusion Ressourcen Umwelt- eigenschaften Einbindung in die Energiewirtschaft (Kosten) ITER, der nächste Schritt Thomas Hamacher

Stand der Plasmaphysik 13 (60 %) 12 (50 %) (75 %) Te(0) (keV) 11 (92 %) 10 (0 %) 0 1 2 Pa (MW)