ITER Kernfusionsreaktor pro-beam

Die Energiequelle auf unsere Erde zu holen ist herausfordernd!

Bereits in den 1950er-Jahren entstand die Idee, die Fusion von Wasserstoff zu Helium als Energiequelle zu nutzen. Etwa zeitgleich entwickelten Wissenschaftler aus den USA und der UdSSR Konzepte, um ein Plasma aus Deuterium und Tritium in einem Magnetfeld einzufangen. Dabei halten ein toroidales und ein poloidales Feld die Teilchen auf geschlossenen Bahnen. Bei Temperaturen von 150 Millionen Kelvin – zehnmal heißer als im Innern der Sonne – entsteht durch Kernfusion Helium. Dabei wird Energie frei, die in Form von Wärme eine Dampfturbine mit Stromgenerator antreiben könnte. Der instabile Brennstoff Tritium soll direkt im Fusionsreaktor aus Lithium entstehen.
Rechenbeispiele zeigen, dass das Deuterium aus einer Badewanne voll Wasser und das Lithium aus einer Laptop-Batterie ausreichen, um auf diese Weise genug Energie zu gewinnen, um eine Familie 50 Jahre lang mit Strom zu versorgen.
Die technische Umsetzung ist aber höchst anspruchsvoll, ob es mit ITER tatsächlich gelingt, zehnmal mehr Energie zu erzeugen, als zum Heizen des Plasmas nötig ist, bleibt abzuwarten.1

 

Für die Herstellung des ITER Plasmabehälters (Gewicht ~5000 t), der aus 9 Sektoren besteht, wobei 7 Sektoren in Europa hergestellt werden, hat sich das AMW-Konsortium (Ansaldo Nucleare, Mangiarotti und Walter Tosto) dafür entschieden, die Sektoren von pro-beam mittels Elektronenstrahl schweißen zu lassen.

Die Spezifikation der Sektoren besteht aus:

  • Doppelwandstruktur aus 60 mm dickem 316LN(IG);
  • Abmessungen 11x7 m;
  • Gewicht: ~450 t;
  • Toleranz entlang der Seiten des Sektors < 5 mm;
  • das Plasmagefäß ist eine komplette Schweißkonstruktion, die ausgelegt ist für eine Wasserkühlung unter 24 bar Druck, um den mechanischen und thermischen Beanspruchungen im Einsatz standzuhalten

 

Der Elektronenstrahl spielt in dem Projekt seine Vorzüge voll aus und überzeugt mit folgenden Eigenschaften:

  • extrem hohe Energiekonzentration im Fokuspunkt des Elektronenstrahls und eine damit verbundene sehr hohe Leistungsdichte (100 - bis 1000-fach höher als bei konventionellen Schweißverfahren)
  • besondere Reinheit der Schweißnaht und Minimierung von Schweißnahtfehlern durch Schweißen im Vakuum
  • automatisiertes Schweißen im Vakuum mit elektrisch sehr gut regelbaren Schweißparametern, gewährleistet eine hohe Reproduzierbarkeit der Nahtqualität
  • die hohe Leistungsdichte des Elektronenstrahls erlaubt das Arbeiten mit sehr hohen Schweißgeschwindigkeiten
  • hohe Schweißgeschwindigkeiten bedeuten hohe Produktivität bei verhältnismäßig geringem Energieverbrauch
    durch die hohe Leistungsdichte des Elektronenstrahls wird insgesamt vergleichsweise wenig Energie in das Bauteil eingebracht, wodurch sich auch fertigbearbeitete Bauteile nahezu verzugsfrei fügen lassen

 

 1http://www.pro-physik.de/details/physikjournalArticle/8940041/Von_der_Vision_zur_Fusion.html


Fotos