Harwardt whbuebchen
Gedanken zur Entwicklung der Kernfusionsforschung am Beispiel des Stellarators W7X in Greifswald
Der Nobelpreisträger Murray Gell-Mann hat neben der Folge von Zufällen in der Forschung unter anderem geschrieben:
„Man braucht nicht noch etwas, um noch etwas zu bekommen „
Das kann zum Beispiel wie in dem Link zu neuen Erkenntnissen im durchsichtigen Möbiusband von der TU Chemitz beschrieben interpretiert werden:
https://www.tu-chemnitz.de/tu/pressestelle/aktuell/11619
Kleine Änderungen oder anderes Herangehen an Probleme, kann große Wirkungen und neue Eigenschaften hervorrufen.
Wie zum Beispiel ein CO2 Laser funktioniert, bei dem ein Aufschaukeln und die Abstrahlung des Lichtes mit einer Frequenz in gleicher Phasenlage erfolgt, wird in der Bachelorarbeit erläutert.
Link dahin:
Zur Wirkungsweise eines Stellarators
Man muß sich vorstellen, das ein Stellarator, dessen Aufbau an ein Möbiusband erinnert, den Plasma Strom so oft verdreht, das eine ungerade Anzahl von Seitenwechseln erfolgt. Der W7X Stellarator hat fünf Segmente die von jeweils zehn nicht ebenen, supraleitenden Spulen umgeben sind. Das ergibt eine Schleife bei der insgesamt der Plasma Strom fünf mal verdreht wird. Man stelle sich vor das eine Phasenrichtige Rückkopplung, ähnlich wie es im Laser erfolgt, auftreten kann. Eine Perfektionierung des Plasma Querschnittes ist über die Anzahl der Supraleitenden Magnete pro Segment möglich. Dabei kann es ausschlaggebend sein, ob die Zahl der Magnete pro Segment gerade oder ungerade ist. Bisher besteht die Meinung, das dieser Einfluss vernachlässigt werden kann. Meiner Meinung nach besteht da noch Bedarf an Experimenten mit Varianten, wenn die Aussage von Murray Gell-Mann richtig ist.
Diese Phasenrichtige Rückkopplung kann durch weitere Optimierung des Magnetfeldes die Homogenität die Dichteverteilung und die Form des Plasmaquerschnittes verändern und damit weiter verbessern. Ebenfalls können sich auch noch bisher unvorhersehbare Effekte einstellen. Wie es die Entdeckung des H und L Regimes am Asdex Upgrade in Garching war. Damit wurde deren Einsatz am W7X in Greifswald möglich, was eine Verbesserung der Plasma Stabilität und Dichteverteilung und damit auch der erreichbaren Temperatur im Plasma brachten.
Auch ist vorstellbar, da inzwischen in dem Stellarator W7X in Greifswald, nach dem kürzlichen Umbau, lange Plasma Betriebszeiten (geplant 30 Minuten) bei einem stabilen Arbeitsregime erreicht wurde.
Bei einem Stellarator mit Phasenrichtiger Rückführung in Form einer Möbius Schleife und optimiertem Magnetfeld sind noch Überraschungen zu erwarten. Wie zum Beispiel der Querschnittsform vom Plasma Ring einen besseren Einschluss ohne Wandberührung des Plasmas sicherstellen kann. Auch werden durch die lange mögliche Betriebszeit eines Stellarators neue Effekte erkennbar sein, die eine Steigerung der Fusionsleistung ermöglichen ohne das erst einmal die Größe des Reaktors verändert werden muß.
Die weitere Entwicklung bei den Supraleitern zu höheren möglichen Betriebstemperaturen als den nötigen -270 Grad der Magnetspulen am W7X wird den Aufbau von Fusionsreaktoren vom Typ Stellarator zukünftig erleichtern.
Dabei spielen Optimierungen der Simulationen von Stellaratoren an Supercomputern die in der letzten Zeit auch bei vielen anderen Projekten verwendet werden, eine wichtige Rolle.
Wie zum Beispiel zu einem anderen Thema hier:
In Caterina Cocchis Projekt SMART („Simulations meet experiments on the nanoscale: Opening up the quantum world to artificial intelligence“) geht es darum, quantenmechanische Prozesse mit innovativen Methoden der Computerphysik und Ultrakurzzeitphysik aufzuklären, insbesondere die Interaktion von Licht und Materie auf der Skala von wenigen Nanometern (Milliardstel Metern). Das Team, darunter weitere Oldenburger Physikerinnen und Physiker und Partner von der Universität Bremen, will zum Beispiel digitale Werkzeuge entwickeln, um die Ergebnisse von Experimenten und Simulationen automatisch zu vereinigen. Neue Visualisierungssoftware soll zudem die Bewegung von Ladungsträgern innerhalb von Nanomaterialien anschaulich sichtbar machen.
Link zur Quelle:
Es wurde eine Schwarmbildung, wie bei Vögeln und Fischen erstaunlicherweise auch bei Teilchen ohne Inteligenz festgestellt. Das kann für eine weitere Optimierung von Stellaratoren in Betracht gezogen werden.
Eine enge Zusammenarbeit von Wissenschaftlern bei all den aufgeführten Punkten ist dabei eine Notwendigkeit
Hier dazu ein Bericht:
Zu all den aufgeführten Themen gibt es im Internet viele ähnliche Fundstellen zu unabhängigen Forschungsergebnissen die bei Betrachtung und Berücksichtigung in ihrer Gesamtheit zum Erfolg führen werden.
Kernfusion in Garching am Asdex Upgrade
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik - IPP
Kernfusionsforschung am W7X in Greifswald
Ich durfte lange Jahre in Instituten mitarbeiten die an der Erforschung der Kernfusion arbeiten.
Eine Energiequelle, die verspricht, mit sehr geringen Materialeinsatz gewaltige Energiemengen erzeugen zu können. Energie, wie sie auf der Sonne erzeugt wird. Durch die wesentlich kleineren
Abmessungen eines Kraftwerkes aber zu Problemen führt die Bedingungen zur Kernverschmelzung zu erreichen.
Im Gegensatz zur Kernspaltung in den Atomkraftwerken aber keine lange, die Menschheit belastenden Rückstände produziert.
Die zum starten der Fusion, eventuell nötige, geringe Menge strahlendes Tritium, das aus dem Alkalimetall Lithium durch Neutronenbeschuss erbrütet wird ist sehr klein. Im Verhältnis dazu
ist der Einsatz sehr lange strahlendes Material in den Kernbrennstäben von Atomkraftwerken riesengroß. Ausserdem müssen die Brennstäbe nach dem einleiten der Kernspaltung unter ständiger Kühlung
gehalten werden, deren Ausfall zu Katastrophen wie in Tschernobyl und Fukushima führt.
Auch kann es in Fusionsanlagen bei Havarien nicht wie dort zu gewaltigen Umweltschäden kommen, da das Fusionsplasma einfach abgeschaltet werden kann.
Nach dem Ende der Forschungszeit an dem Fusionsreaktor in 40 Jahren kann nach einiger Wartezeit das Material das hauptsächlich aus besonders reinem Edelstahl besteht, recykelt werden.
Ich konnte lernen, das schon beim Bau der Versuchsreaktoren wie zum Beispiel dem W7X in Greifswald sehr umfangreiche technologische Entwicklungen gemacht werden konnten die wichtig für die
deutsche Technologie und den Industiestandort Deutschland sind, um Arbeitsplätze zu erhalten und weitere aufzubauen.
Bei der Arbeit dort habe ich sehr viel lernen können, aber auch meine Ideen nutzbringend anwenden können.
Mitarbeiter am W7X
Das Projekt W7X in Greifswald wird auch durch viele internationale Mitarbeiter unterstützt.
deutsche Übersetzung aus dem englischen
Gefördert wurde ich schon als Kind durch meinen Chemie und Physiklehrer Herrn Stude.
Er gab mir die Möglichkeit in der Schule zu experimentieren und unterstützte mich auch mit den nötigen Chemikalien und Geräten. Dadurch konnte ich mir auch sehr früh nötige Gerätschaften selber
bauen und auch Zuhause eigene Experimente machen.
Wärend meiner Berufstätigkeit auf einer Intensivstation, im EAW Treptow, in einer Gesenkschmiede und in Forschungseinrichtungen lernte ich Bauelemente, Verfahren und Materialien mit
besonderen Eigenschaften kennen. Diese Kenntnisse waren ein guter Ideengeber, die ich in den Instituten Nutzen konnte.
Die Arbeit meiner Kollegen interessierte mich und durch meine Begeisterung und Interesse angesteckt erklärten Sie mir ihre Arbeit und die dazu nötigen Geräte, Verfahren und Mittel genau.
Das war die Medizinisch Technische Assistentin oder der Biologe auf der Intensivstation, der Schmied oder der Konstrukteur in der Gesenkschmiede, Der Abteilungsleiter im EAW oder eine Vielzahl
von Wissenschaftlern und Technikern in den Instituten in denen ich gearbeitet habe. Dabei waren selbst Doktoren und Professoren sehr bereitwillig mir ausführlich Ihre Arbeit und die Problematik
darin zu erläutern. Mir, dem vielfach nicht alles klar sein konnte stellten sich Fragen, auf die sie selber oft nicht gekommen sind. Das half wieder bei der Erfassung einer Problematik und der
Realisierung der Lösung.
Dabei stiess ich manchmal auf unausgesprochenen Fragen, die ich weiterspinnen konnte und so Lösungen fand die durchaus unüblich aber funktionell waren.
Schon meine Kollegen in der Forschungsabteilung der Schmiede erkannten das und stellten mich auf einer Geburtstagskarte dar, wie ich einen Schaltschrank zersäge. Dabei habe ich den Auspruch auf
den Lippen, " Hier kann man mindestens noch die Hälfte einsparen und dann funktioniert es hundert prozentig sicher"!
Durch diese Kenntnisse gelang es mir in kurzer Zeit am ZIE einen Sender für ein SIMS-Massenspectrometer aufzubauen weil ich Supersteile Sendetetroden vorschlug die ich bei meiner Arbeit auf der
Intensivstation kennengelernt hatte. Dieses war Jahrzehnte lang bei der Erforschung der Wandwechselproblematik im Kurtschatow Institut in Betrieb.
Bei der Arbeit im Galliumarsenidtechnikum des ZIE konnte ich eine Sputteranlage reparieren, deren Aufgabe und Funktion von dem Maschienen Bediener sehr anschaulich erläutert wurde. Dadurch konnte
ich im IPP so nebenbei am Frühstückstisch vorschlagen, Bronzescheiben mit MoS2 zu Sputtern um die Reibung zu vermindern.
So konnte ich vielfach Lösungen für Probleme finden, als Resultat meiner Aufmerksamkeit meiner Umgebung gegenüber, aufbauend auf die Motivierung durch meinen Lehrer.
And these are the main topics:
New Concept for Heat Exhaust in Fusion Reactors
One of the primary challenges for future fusion reactors is the massive heat flux deposited onto only a small area of the divertor. The ASDEX Upgrade team has developed a novel heat exhaust concept, the Compact Radiative Divertor. The CRD is based on the X-point radiator, a strongly radiating ring that emits up to 40% of the exhaust power uniformly as light. This prevents excessive heat load on the divertor, even if the X-point is very close to it.
Predictions about Fusion Plasmas in L-Mode
Tokamak fusion reactors will be operated in their high-performance phases in the H-mode with its good energy confinement. In the initial and final phases of each discharge, however, the L-mode is important. New simulations allow the description of the transport over the entire L-mode plasma without using measured data as input. The confinement in this plasma state is thus derived from physical principles for the first time and can therefore be transferred to future experiments.
Mitigating Disruptions through Shattered Pellets
Disruptions in fusion plasmas could cause damage in future large-scale experiments. Disruptions can be weakened by injecting fragments of pellets that contain hydrogen as well as elements that radiate heat well in the plasma. At ASDEX Upgrade, intensive research was carried out into how the parameters of this method influence the various effects of disruptions.
Neues Konzept zur Wärmeabfuhr in Fusionsreaktoren
Eine der größten Herausforderungen für zukünftige Fusionsreaktoren ist der massive Wärmestrom, der nur auf einem kleinen Bereich des Divertors abgegeben wird. Das ASDEX Upgrade-Team hat ein neuartiges Wärmeabluftkonzept entwickelt, den Compact Radiative Divertor. Der CRD basiert auf dem X-Punkt-Kühler, einem stark abstrahlenden Ring, der bis zu 40 % der Abgasleistung gleichmäßig als Licht abgibt. Dadurch wird eine übermäßige Wärmebelastung des Divertors vermieden, auch wenn der X-Punkt sehr nahe daran liegt.
Vorhersagen über Fusionsplasmen im L-Modus
Tokamak-Fusionsreaktoren werden in ihren Hochleistungsphasen im H-Modus mit seinem guten Energieeinschluss betrieben. In der Anfangs- und Endphase jeder Entladung ist jedoch der L-Modus wichtig. Neue Simulationen erlauben es, den Transport über das gesamte L-Mode-Plasma zu beschreiben, ohne Messdaten als Input zu verwenden. Der Einschluss in diesem Plasmazustand leitet sich damit erstmals aus physikalischen Prinzipien ab und kann daher auf zukünftige Experimente übertragen werden.
Minderung von Störungen durch zerbrochene Pellets
Störungen in Fusionsplasmen könnten in zukünftigen Großexperimenten Schäden verursachen. Störungen können durch die Injektion von Fragmenten von Pellets, die Wasserstoff enthalten, sowie Elementen, die Wärme gut in das Plasma abstrahlen, abgeschwächt werden. Bei ASDEX Upgrade wurde intensiv erforscht, wie die Parameter dieser Methode die verschiedenen Auswirkungen von Störungen beeinflussen.