Plasma-Wand-Wechselwirkung in Fusionsexperimenten

Die Arbeitsgruppe untersucht die Wechselwirkung des Fusionsplasmas mit der Wand in Fusionsanlagen.

Die Wechselwirkung des heißen Plasmas mit der ersten Wand ist eine wichtige Randbedingung für den Betrieb einer Fusionsanlage. Die aus dem Plasma emittierten energiereichen Teilchen werden in der ersten Wand zurückgehalten und erodieren sie gleichzeitig. In einem D/T-Fusionsreaktor stellt der Verlust von T-Brennstoff durch Rückhaltung eine erhebliche betriebliche Herausforderung dar, da T eine knappe Ressource ist, die vor Ort aus Lithium in der Reaktorhülle gewonnen werden muss. Außerdem kann erodiertes Wandmaterial als Verunreinigung in das Plasma eindringen, was zu einer Strahlungskühlung führt und folglich den Energieeinschluss verschlechtert.

Erosion und Wasserstoffrückhaltung werden in Laborexperimenten unter kontrollierten Bedingungen eingehend untersucht. Solche Experimente ermöglichen ein besseres Verständnis der zugrunde liegenden physikalischen Prozesse und die Entwicklung von Modellen zu deren Beschreibung. Die Anwendung dieser Modelle zur Vorhersage des Verhaltens in künftigen Fusionsreaktoren erfordert jedoch ihre Validierung und Integration durch Experimente, die in aktuellen Fusionsanlagen durchgeführt werden. Diese Anlagen arbeiten unter weniger kontrollierten Bedingungen und erfordern eine hochentwickelte integrierte Modellierung, um die experimentellen Ergebnisse zu interpretieren.

Unsere Gruppe betreibt einen speziellen Manipulator, um Proben und auch ganze Bauteile im ASDEX Upgrade Divertor den entsprechenden Bedingungen auszusetzen. Wir sind auch an Experimenten in W7X beteiligt und analysieren Wandelemente. Die so gewonnenen experimentellen Ergebnisse werden anschließend mit Hilfe fortschrittlicher integrierter Modelle für den Transport von Plasmaverunreinigungen und die Bildung von Mischmaterial an der ersten Wand interpretiert.