Aktuelle Forschung
Ziel der Experimente an ASDEX Upgrade ist es, das Verhalten eines magnetisch eingeschlossenen Tokamak-Plasmas genau verstehen und rechnerisch beschreiben zu können. Dies betrifft insbesondere die Bewegungen der Teilchen im magnetischen Käfig, die Stabilität des Plasmas sowie das Abführen von Plasma- und Verunreinigungsteilchen in den Divertor.
Dabei will man einerseits bekannte Betriebsweisen, wie sie für ITER vorgesehen sind, grundsätzlicher erkunden und verbessern. Andererseits sollen neue, leistungsfähigere Betriebsszenarien für ITER, DEMO und ein künftiges Fusionskraftwerk entwickelt werden: Plasmen mit höherem Energieinhalt, verbesserter Stabilität und längerer Pulsdauer.
Folgende Themen werden u.a. an ASDEX Upgrade behandelt:
- Teilchen- und Energietransport im Plasma, Plasmaturbulenz [mehr]
- Divertor-Studien: schonende Auskopplung der Plasmaleistung [mehr]
- Untersuchung von Plasmainstabilitäten [mehr]
- Entwicklung optimierter Plasmazustände, die hohe Plasmadichte und hohen Plasmadruck mit schwachen Randinstabilitäten vereinen
- Test theoretischer Modelle zu Divertorphysik, Turbulenz und Plasmatransport
- Studien zum Wandmaterial
Die kraftwerksähnliche Geometrie, die Wolfram-bedeckte Gefäßwand und die leistungsfähige, flexible Plasmaheizung machen die Anlage ASDEX Upgrade für diese Experimente besonders geeignet. Mit einer Gütezahl P/R von 15 Megawatt pro Quadratmeter – die auf den Plasmaradius R bezogene Heizleistung P – kommt ASDEX Upgrade dichter als alle anderen Fusionsanlagen weltweit an ITER heran.
Happy Birthday, ASDEX Upgrade!
Seit dem Start vor 30 Jahren haben wir mit 38.812 Plasmen in ASDEX Upgrade die Physik für ein Fusionskraftwerk untersucht, sagte Projektleiter Professor Arne Kallenbach im April 2021. (Foto: elja)
Dr. Athina Kappatou untersucht mit der Spektroskopie-Diagnostik Helium und schnelle Ionen im Plasma. „Deshalb arbeite ich auch gelegentlich im Plasmagefäß, um die Diagnostik zu warten und zu kalibrieren“. (Foto: Bernhard Ludewig)
Die Messwerte der vielen Diagnostiken, pro Entladung 50 Gigabyte, in maschinenlesbare Daten umwandeln und zur Auswertung und Echtzeitsteuerung des Plasmas bereitstellen: Das ist die Aufgabe der Gruppe Datenverarbeitung. (Foto: elja)
Als Operator sorgt Klaus Klöss für den reibungslosen Ablauf der Experimente an ASDEX Upgrade. Er prüft, ob alle Systeme bereit sind: Stromversorgung, Plasmaheizung, Pellet-Injektor, ... Seine Ansage „nächster Schuss“ startet die Entladung. (Foto: elja)
Um die elektrische Energie für ASDEX Upgrade – für Magnetspulen und Plasmaheizungen – kümmert sich Michael Rott von der Gruppe „Experimentelle Stromversorgung“ mit drei großen Schwungrad-Generatoren. (Foto: elja)
Mächtige Trenner aus Kupfer übergeben die elektrische Energie von den Schwungrad-Generatoren an die Magnetspulen von ASDEX Upgrade. Die vollautomatisierte Ansteuerung betreuen Isabell Hofer-Maksymiw und ihre Kollegen. (Foto: Axel Griesch)
Quasi als „Chefingenieur“ sorgt Plasmaphysiker Dr. Albrecht Herrmann mit seinem Team dafür, dass ASDEX Upgrade läuft und sich entwickelt. Seit dem Start vor 30 Jahren wird die Anlage beständig erweitert und verbessert. (Foto: A. Griesch)
Im Sekretariat des Bereichs Tokamak-Szenario-Entwicklung, der ASDEX Upgrade betreibt, laufen die Fäden zusammen: Petra Jordan und Kolleginnen sind Anlaufstelle für alle und kümmern sich um Veranstaltungen, Reisen, Termine und Personal. (Foto: elja)
Das Team Neutralteilchen-Heizung – hier gruppiert um die vier Ionenquellen eines Injektors – bringt das Plasma auf Temperatur. Die energiereichen Teilchen-Strahlen liefern bis 20 Megawatt, genug für 100 Millionen Grad. (Foto: A. Griesch)
Die Lichtleiter der Heliumstrahl-Diagnostik beobachten den Plasmarand von ASDEX Upgrade: Das Licht, das eingeblasene Heliumatome bei Stößen mit den Elektronen aussenden, verrät Doktorand Daniel Wendler deren Temperatur und Dichte. (Foto: A. Griesch)
Ein großer Schalter verwandelt Wasserstoffgas in Plasma: Schnell umgeleitete Ströme sorgen kurz für eine hohe Spannung. Michael Schandrul von der „Betriebsgruppe“ hier vor den Stromzuführungen für den Widerstand des Schalters. (Foto: A. Griesch)
An der Lithiumstrahl-Diagnostik hat Prof. Dr. Elisabeth Wolfrum – hier im Kontrollraum – schon viele Doktorarbeiten betreut. Das schnelle Messgerät liefert alle 50 Mikrosekunden das Profil der Elektronendichte am Plasmarand. (Foto: elja)
Wie kommt ein Tokamak vom Puls- zum Dauerbetrieb? Das untersucht Dr. Alexander Bock, der Advanced-Tokamak-Szenarien entwickelt. Zuständig ist er auch für die Interferometer zum Ausmessen der Plasmadichte. (Foto: Jan Schölzel)
Im Pumpenkeller: Michaela Uhlmann, Anton Dollenbacher und Gerd Schall (v. l.) sind für die Pumpen zuständig, die das Kühlwasser für die Magnetspulen von ASDEX Upgrade, das Plasmagefäß und seine Einbauten umwälzen. (Foto: Axel Griesch)
Im Verteilerraum ordnen Ingenieur Benjamin Schmidt und seine Kollegen die Hochspannungsanlagen des Instituts über Trennschalter und Kupferrohre unterschiedlichen Verbrauchern zu, etwa den verschiedenen Plasmaheizungen. (Foto: Axel Griesch)
Doppler-Reflektometer: Mit ins Plasma eingestrahlten und dort gestreuten Mikrowellen kann Dr. Tim Happel Turbulenz im Plasma messen. So lassen sich Turbulenz-Codes zur Planung künftiger Experimente überprüfen. (Foto: A. Griesch)
Im Sekretariat des Bereichs „Plasmarand und Wand“, der Plasmadynamik und Plasma-Wand-Wechselwirkung an ASDEX Upgrade untersucht, kümmern sich Biggy Perey und ihre Kollegin um alles Organisatorische und alle Verwaltungsarbeiten. (Foto: elja)
Auf Basis von Superkondensatoren entwickelt Doktorand Antonio Magnanimo einen Stromversorgungs-Prototyp. 2000 der rechts gestapelten Module könnten den Schwungrad-Generator ersetzen, der die Magnete von ASDEX Upgrade versorgt (Foto: A. Griesch)
Mit dieser Anlage testen Ingenieur Matthias Peglau und seine Kollegen von der Experimentellen Stromversorgung Bauteile auf Isolierfestigkeit, bei bis zu 300 kV Gleichspannung, aber kleinen Stromstärken von typisch 100 mA. (Foto: A. Griesch)
Dr. Rachel McDermott erforscht, wie sich Verunreinigungen im Plasma verhalten – wenn sie nicht als Experimentleiterin tätig ist und hier im Kontrollraum das ASDEX-Upgrade-Team durch das Arbeitsprogramm führt. (Foto: Axel Griesch)
Um die Helium-Verflüssigungsanlage kümmern sich Norbert Berger und Alfred Kaltenberger von der Kryo-Gruppe. Sie versorgt die Kryopumpe, an deren kalten Oberflächen kleinste Gas-Mengen anfrieren – für Hochvakuum im Plasmagefäß (Foto: A. Griesch)
Der Pellet-Erzeuger, hier ausgebaut, liefert Würfelchen aus Wasserstoff-Eis, die ein Injektor zum Nachfüllen tief in das Plasma schießt. Pellet-Physik und -Technik betreuen Dr. Peter Lang, Bernhard Plöckl, Michael Beck und Jan Ufer (Foto: A. Griesch)
Auf der Bühne über den vier Hochfrequenzsendern, die das Plasma von ASDEX Upgrade mit Radiowellenleistung versorgen: Gerhard Siegl, Dr. Volodymyr Bobkov und Helmut Faugel (v.l.), umgeben von Wellenleitern und ausgebauter Antenne (Foto: A. Griesch)
Unter vielen Steuersystemen ist Thomas Pirsch von der CODAC-Gruppe auch für das Interlock-System zuständig. Beim Start einer Plasmaentladung gibt es die Heizungen frei, wenn Dichte und Strom im Plasma die Sollwerte erreicht haben. (Foto: A. Griesch)
Im Plasmagefäß hat Doktorandin Klara Höfler gerade das Doppler-Reflektometer kalibriert. Der bewegliche Spiegel des Messgeräts lenkt Mikrowellen ins Plasma, um die Turbulenz auszumessen und mit Theorie-Modellen zu vergleichen. (Foto: A. Griesch)
Mikrowellen-Heizung: Ein Megawatt liefert der Mikrowellensender, den Erik von Werne und Gerhard Grünwald hier warten. Über bewegliche Spiegel gelenkt, können die Wellen die Plasma-Stabilität verbessern oder den Plasmastrom formen. (Foto: Bernhard Ludewig)