Zur Plasmaheizung in Fusionsreaktoren werden verschiedene Heizsysteme eingesetzt. Die hier vorgestellte Komponente ist Bestandteil der Neutralinjektionsheizung, die das Torusplasma mit hochenergetischen, neutralisierten Protonen oder Deuteronen beschießt und aufheizt.
Das Herzstück des Ionen-Beschleunigungssystems bildet ein Satz Extraktionsgitter (3 Stufen), die durch das Anlegen elektrischer Potentiale Protonen aus der Plasmaquelle absaugen (extrahieren) und entsprechend beschleunigen.
„Plasmagitter“ / Beschleunigungsgitter
Zur Plasmaheizung in Fusionsreaktoren werden verschiedene Heizsysteme eingesetzt. Die hier vorgestellte Komponente ist Bestandteil der Neutralinjektionsheizung, die das Torusplasma mit hochenergetischen, neutralisierten Protonen oder Deuteronen beschießt und aufheizt.
Das Herzstück des Ionen-Beschleunigungssystems bildet ein Satz Extraktionsgitter (3 Stufen), die durch das Anlegen elektrischer Potentiale Protonen aus der Plasmaquelle absaugen (extrahieren) und entsprechend beschleunigen.
Der gesamte Ionenstrahl der Grösse 230 x 500 mm besteht aus 774 Einzelstrahlen, die durch Geometrie und hochgenaue Anordnung der Extraktionsbohrungen zueinander auf einen gemeinsamen Punkt in 6,5 m fokussiert sind.Um die magnetischen Fesselfelder des Torus durchdringen zu können, durchläuft der Plasmastrahl dann einen Neutralisator, in dem die schnellen Ionen aus einem ruhenden Neutralgas (H2) im Vorbeiflug Elektronen mitreissen. Der so entstandene „Neutralstrahl“ kann tief in das Torusplasma eindringen und seine Energie abgeben. Gitter dieser Bauart kommen in den Fusionsexperimenten Asdex Upgrade (IPP-Garching), TEXTOR (Forschungszentrum Jülich) und W7X (IPP-Garching Greifswald) zum Einsatz. Da jedoch viele Protonen auch auf die Oberfläche der Kupferstrukturen treffen, müssen diese sehr intensiv gekühlt werden.
Betriebsdaten
– Ionenstahlenergie 55 keV bei Ionenstrom 85 A ergeben eine Strahlleistung von ca. 4,5 MW (im Wasserstoffbetrieb)
– (zu kühlende) Verlustleistung am Plasmagitter 250 kW
– Wasserbetriebsdruck 16 bar.
Diese Gitter werden nach der, auf unserer Prospektseite “Variable Kühlstrukturen” beschriebenen Methode hergestellt und stellen unser Spitzenprodukt auf diesem Sektor dar.
An die fertige Komponente werden sehr hohe Anforderungen an Genauigkeit und Festigkeit gestellt.
Die geforderte DIN Positionstoleranz der 387 Bohrungen von 0,04 mm befindet sich nahe der Bearbeitungstoleranz moderner Fräszentren, der Prüfdruck von 17 bar erreicht fast die Belastbarkeitsgrenze der Kupferstruktur.
Für das Kühlsystem muß eine Leckrate von besser 10-8 mbar x l/s bei 16 bar He Druck im Kühlsystem garantiert werden. Trotz solch hoher Anforderungen wurden bisher bereits über 300 Gitterhälften ohne nennenswerte Probleme gefertigt. Weiterführend wurden bereits Prototypen zur Beschleunigung “Negativer Ionen” zusammen mit dem IPP-Garching entwickelt.
Bei diesen sind zusätzlich zu den Kühlkanälen noch Magnetkanäle und Elektronenfallen in die Gitterstruktur integriert.