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Auf dem langen Marsch zum Kraftwerk

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3.15. Auf dem langen Marsch zum Kraftwerk. Ein schematischer Blick ins Fusionskraftwerk . ITER . 12 m. Stand und Aussichten der Kernfusion: Zeitplan . JET ITER Advanced ITER-Prototypen TOKAMAK ITER-FDR

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Presentation Transcript
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3.15

Auf dem langen Marsch zum Kraftwerk

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ITER

12 m

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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

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3.16

Einige technologische Brennpunkte

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Stand der Technologie

* Magnete

* Divertor

* Blanket

* Materialien

* Pumpen, ...

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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.

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Stand der Technologie

* Magnete

* Divertor

* Blanket

* Materialien

* Pumpen, ...

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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

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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.

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Stand der Technologie

* Magnete

* Divertor

* Blanket

* Materialien

* Pumpen, ...

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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.

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Stand der Technologie

* Magnete

* Divertor

* Blanket

* Materialien

* Pumpen, Remote Handling usw ...

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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.

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3.17

Sicherheit der Fusion

* Tritium* Unfälle

* Radiotoxische Abfälle

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TRITIUM

Halbwertszeit: 1/2 = 12,3 JAHREß-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 JAHRINTERNER 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 /

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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.

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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.

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3.18

Der Zwischenspurt zum ITER

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1.0

0.1

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0.01 0.1 1.0 10.0

tE (Skalierung,85 * ITERH93P) [sec]

Wie muß der nächste Schritt aussehen?

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ITER

12 m

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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)

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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

slide24
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

slide26
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

slide27
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;

slide28
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

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Stand der Plasmaphysik

13

(60 %)

12

(50 %)

(75 %)

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11

(92 %)

10

(0 %)

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