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pfeil ITER

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Tokamak

Skizze eines Tokamaks. Das Plasma bewegt sich in mit roten Innenwänden gemalten Behältnis.

Ein starkes, ringförmiges Magnetfeld wird durch große, hochleistungsfähige Elektromagnete in der Kammer aufgebaut. Es ist etwa 100.000mal so stark wie das Erdmagnetfeld.

Durch Transformatorspulen wird im Plasma ein Ladungsstrom von mehreren Millionen Ampere induziert.

Das dadurch aufgebaute Magnetfeld schließt das Plasma ein.

Nach dem erfolgreichen Betrieb von kleinen Tokamaks in mehreren Laboratorien wurden in den frühen 80er Jahren zwei große Anlagen gebaut: eine an der Universität Princeton in den USA und eine in der UdSSR.

Im Tokamak entstehen die hohen Plasma-Temperaturen durch die Aufheizung infolge des Widerstands des sehr starken Ringstromes.

In den neuen großen Anlagen erfolgt eine zusätzliche Aufheizung durch den Beschuss mit neutralen Strahlen, wodurch die Zündbedingungen hergestellt werden.

Im Europäischen Fusionsprogramm wird an mehreren, unterschiedlich spezialisierten Tokamaks geforscht: Während die Großanlage JET das Plasmaverhalten in der Nähe der Zündung untersucht, bearbeiten die kleineren nationalen Anlagen – ASDEX Upgrade in Garching, MAST in Großbritannien, TCV in der Schweiz oder der mit supraleitenden Magnetspulen arbeitende WEST in Cadarache – speziellere Fragen.

Zum Beispiel widmet sich ASDEX Upgrade Themen, die für ein Demonstrationskraftwerk und für ITER wichtig sind: Hierzu gehört die Suche nach optimierten Betriebsweisen, d.h. die Entwicklung von Plasmazuständen mit verbesserter Wärmeisolation, effektiver Wärmeauskopplung und verlängerter Pulsdauer.

So werden die mit ASDEX Upgrade erarbeiteten Kenntnisse, die bereits in die ITER-Planung wesentlich einflossen, auch den wissenschaftlichen Betrieb der Anlage bestimmen.

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Zusammenfassung

JET und ITER sind Kernfusionsanlagen vom Typ Tokamak, der heute weltweit am weitesten verbreiteten und am besten untersuchten Art.

Sie bauen ihren Magnetfeldkäfig zum einen Teil durch äußere Magnetspulen auf, die das Plasmagefäß umschließen.

Der andere Teil wird von einem im Plasma fließenden elektrischen Strom erzeugt, der dort pulsweise von einem Transformator induziert wird.

Tokamaks können deshalb ohne Zusatzmaßnahmen, nur in Pulsen arbeiten.

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Der Experimentalreaktor ITER, ab 1985

In seinem rund 830 Kubikmeter umfassenden Plasmavolumen soll eine Fusionsleistung von 500 Megawatt erzeugt werden – zehnmal mehr, als zur Aufheizung des Plasmas verbraucht wird.

Eingeleitet wurde das ITER-Projekt 1985, am Ende des Kalten Krieges in Gesprächen Gorbatschows mit den Präsidenten Mitterand und Reagan.

1988 begannen dann am Garchinger Max-Planck-Institut für Plasmaphysik als Gastlabor europäische, japanische, russische und bis 1997 auch US-amerikanische Fusionsforscher mit den Planungsarbeiten.

Unterbrochen durch längere politische Entscheidungspausen zwischen der Projektgründung, der Entwurfs- und der Detailplanung waren 2001 die Baupläne an den zwischenzeitlich drei ITER-Zentren in Garching/Deutschland, Naka/Japan und San Diego/USA fertig gestellt.

Wesentliche Bauteile wurden als Prototypen gebaut und getestet. 2003 schlossen sich dem Projekt China und Südkorea an; auch die USA kehrten in die Zusammenarbeit zurück.

ITER in Cadarache

Wo sollte nun der Forschungsreaktor von ITER gebaut werden? Nach Verhandlungen über den Standort – Japan oder Europa? – einigten sich die Partner im Jahr 2005 auf Cadarache im Süden Frankreichs.

Kurz danach kam Indien als Projektpartner hinzu. Die Verhandlungen über den rechtlichen und organisatorischen Rahmen des Projekts wurden 2007 mit der Gründung der internationalen ITER-Organisation beendet. ¶¶

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Aspekte der Kernfusionsforschung:

(•) Die Sonne

(•) Kernfusionsreaktoren: bald Realität?

(•) ITER, die Forschungsanlage in Südfrankreich

(•) KI in der Kernfusionsforschung

(•) Plasma: was ist das?

(•) Supraleiter

(•) Tokamak, ein Typ von Kernfusionsreaktor

(•) Stellarator, ein Typ von Kernfusionsreaktor

(•) Trägheitsfusion mit hochenergetischen Laserpulsen

 

Dr. Paulo Heitlinger

Autor, Vortragender, Fachlicher Ansprechpartner

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