Was passiert im Fusionsreaktor ITER?

Was passiert im Fusionsreaktor ITER
Was im ITER-Fusionsreaktor passiert - Die Wolfram-(W)-Dichte, die zwischen ELMs (a) und nach einem ELM (b) modelliert wurde, zeigt eine gute Abschirmung von W um das ITER-Plasma zwischen ELMs und eine erhöhte W-Intensität nach einem ELM. (Die Modellierung wurde von der UKAEA im Rahmen der Fusion for Energy Task Agreement mit der ITER-Organisation durchgeführt).

Jüngste Forschungen in JET Tokaka unterstützen sowohl die Verunreinigungsmanagementtechnik des Projekts als auch die zugrunde liegende Physik des Wolframtransports am Rand von fusionserzeugenden Plasmen in ITER. Es ist wichtig, unverunreinigungsfreie Plasmen im ITER aufrechtzuerhalten, um effizient Fusionsenergie zu erzeugen. Atome, die durch die Wand von Fusionsanlagen in das Plasma eindringen, werden als "Verunreinigungen" bezeichnet. Aufgrund der von ihnen emittierten Strahlung verdünnt ihre Anwesenheit die Fusionsbrennstoffe Deuterium und Tritium und kühlt auch das Plasma (sichtbares, ultraviolettes und Röntgenlicht). Beide Variablen verringern die Ausgangsleistung der Fusion, so dass Verunreinigungen im Plasma auf extrem niedrigen Niveaus kontrolliert werden müssen.

Dies gilt insbesondere für Wolfram (W), das zum Bau der Teile der ITER-Wand verwendet wird, die die höchsten Leistungsflüsse erhalten. Ein ITER-Plasma mit hoher Fusionsverstärkung sollte weniger als 0.005 Prozent Wolfram enthalten.

Vor etwa einem Jahrzehnt wurden umfangreiche Arbeiten durchgeführt, um nachzuahmen, wie Wolframatome, die von den Wänden von ITER erodiert wurden, in das Fusionsplasma eindringen. Diese Experimente sind die ersten, bei denen ITER zum ersten Mal methodisch eingesetzt wird, wobei dieselben Modelle verwendet werden, die das Verhalten von Wolfram in derzeit verwendeten Tokamaks nachahmen können.

Die damaligen Erkenntnisse waren unerwartet: ITER-Edge-Plasma-Eigenschaften sind äußerst erfolgreich bei der Trennung von Fusionsplasma von Wolframatomen, die von der Wand kommen – ein Verhalten, das noch nie zuvor beobachtet wurde.

Dieses positive Verhalten von Wolfram wurde bei der Formulierung des wissenschaftlichen Programms von ITER berücksichtigt, da diese Vorhersagen auf der Grundlage der Festkörperphysik gemacht wurden; experimentelle Beweise für dieses Verhalten bleiben jedoch unbestätigt. Die Physik hinter der ursprünglichen Forschung wurde weiter untersucht, und es wurde entdeckt, dass dieses ITER-spezifische Verhalten einen weniger wünschenswerten Nebeneffekt hatte – Kanteninstabilitäten, bekannt als ELMs, würden tatsächlich Verunreinigungen in das Plasma einführen. Im Gegensatz zu modernen Tokamaks, die diese Instabilitäten nutzen, um Verunreinigungen aus dem Plasma zu entfernen, ist dies nicht der Fall.

Dies erforderte eine Umschreibung des ursprünglich für ITER in Betracht gezogenen ELM-Steuerungsverfahrens. Der neue Ansatz basiert darauf, diese Kanteninstabilitäten so schnell wie möglich während der Ausführung des ITER-Forschungsplans zu unterdrücken, insbesondere vor der Hochleistungsanwendung, die einen Strahlungsdeflektorbetrieb erfordert. Mit diesem Ansatz wird ITER in der Lage sein, von der physikalisch vorhergesagten verbesserten Wolframabschirmung zu profitieren und gleichzeitig die nachteiligen Auswirkungen von ELMs unter diesen Plasmabedingungen zu vermeiden.

Obwohl die Erstellung des ITER-Szenarios und das Erreichen einer hervorragenden Fusionsleistung bei niedriger Wolframkonzentration im Plasma von diesem plasmaphysikalischen Verhalten abhing, wurde nie ein experimenteller Beweis erbracht. Die Situation ist jetzt anders. Wissenschaftlern, die an JET arbeiten, ist es kürzlich gelungen, dieses ITER-ähnliche Verhalten von Wolfram zu replizieren, wie in einem Artikel* beschrieben, der im Dezember in Nuclear Fusion veröffentlicht wurde. Die Erlangung von Umgebungsplasmaparametern bei JET, die mit denen bei ITER vergleichbar sind, und die Entwicklung anspruchsvoller Analysewerkzeuge zur quantitativen Vorhersage des Verhaltens von Wolfram aus den resultierenden Messungen waren Voraussetzungen für die in der Veröffentlichung beschriebene Demonstration.

Diese experimentellen Ergebnisse liefern wichtige Unterstützung für die Physik, die den Wolframtransport am Rand von fusionserzeugenden Plasmen in ITER unterstützt, sowie für die im ITER-Forschungsplan gewählte Methode zum Management von Wolframverunreinigungen.

Quelle: iter.org/newsline/-/3832

 

Günceleme: 25/01/2023 15:25

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