Stellarator-Reaktorstudien
Die Forschungseinheit Stellarator-Reaktorstudien (SRS) befasst sich mit der wissenschaftlichen Konzeption eines Fusionskraftwerks vom Typ Stellarator. Ziel ist es dabei, verschiedene physikalische und ingenieurtechnische (aber auch ökonomische Aspekte) so zu bündeln, dass komplexe Fragestellungen zur Auslegung eines Stellarator-Kraftwerks untersucht werden können.
Moderne, optimierte Stellaratoren, wie sie am IPP untersucht und entwickelt werden, haben den Vorteil, komplett ohne Plasma-Strom auszukommen. Stellaratoren sind damit frei von unerwünschten stromgetriebenen Instabilitäten und nicht auf eine Transformatorspule angewiesen, um im Dauerstrichbetrieb zu operieren. Der Preis, den man für diese Vorteile zahlen muss, liegt in der komplexen Formgebung und Struktur des Stellarators. Diese wirkt sich nicht nur auf die Plasmaphysik, sondern auch auf die technischen Komponenten wie die das Magnetsystem aus. Die Handhabung der komplexen 3D-Formen ist eine wissenschaftliche Herausforderung und bedarf entsprechender numerischer Methoden und computergestützter Modelle.
Daher entwickelt, verifiziert, und validiert die Forschungseinheit Stellarator-Reaktorstudien derartige Methoden und Modelle – im Zusammenspiel mit den Experimenten an Wendelstein 7-X. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf ingenieurtechnischen Aspekten, die auf dem Weg hin zu einem Fusionskraftwerk notwendig werden. Dies betrifft nicht nur die supraleitenden Magnetspulen, sondern unter anderem auch den Divertor und das so genannte Blanket (die innere Wanddecke des Plasmagefäßes).
Eine weitere Herausforderung besteht darin, die verschiedenen Elemente in einer Gesamtbetrachtung zusammenzubringen. Für dieses Anliegen entwickelt die Forschungseinheit eine besondere Software-Plattform: einen sogenannten Digitalen Zwilling – „Stellar-Forge“ –, der als virtuelles Abbild eines Stellarator-Fusionskraftwerks physikalische und technische Komponenten vereint. Wir versuchen dabei, einen Kompromiss zwischen der Genauigkeit der Ergebnisse und der Rechengeschwindigkeit so zu erreichen, sodass wir weltweit erstmalig, die komplexen Zusammenhänge zwischen den einzelnen Subsystemen in der vollen Dreidimensionalität abbilden und untersuchen können.
Durch das breite Spektrum an abzubildenden Komponenten und Fragestellungen ist die Forschungseinheit multidisziplinär aufgestellt. Sie arbeitet eng mit weiteren theoretischen und experimentellen Forschungseinheiten am IPP in Garching und Greifswald, sowie internationalen Partnern zusammen.