Plasmastörungen entgegenwirken

Bei Experimenten in JET wurde erstmals eine neue Technik eingesetzt, die verhindert, dass das Plasma Komponenten der Reaktorwand zum Schmelzen bringt oder beschädigt.

Schauen Sie sich dieses beeindruckende Video an: Es zeigt den sogenannten Shattered Pellet Injector (SPI), eine Technologie, mit der man Plasmastörungen zuvorkommt, indem man Splitter eines gefrorenen Deuterium-Neon-Pellets freisetzt, die die Temperatur des Plasmas erheblich senken. Und warum ist das wichtig? Weil zu hohe Plasmatemperaturen das Gefäß beschädigen können und das Absenken der Plasmatemperaturen eine sichere Möglichkeit ist, Energie abzuleiten und Schäden am Gefäß zu minimieren.

In JET wurden die überschüssige Wärme und Energie im Plasma durch eine Technik aufgehoben, die als Massive Gas Injection bekannt ist. Der SPI ist hierbei wesentlich effizienter, da er beim Verteilen des gefrorenen Pellets einen Spritzansatz anwendet. „Während das Massive Gas System mit dem Rand des Plasmas interagiert, bewegt sich das SPI-Pellet nahe zur Mitte des Plasmas. Das ist viel wirkungsvoller, um das Plasma abzukühlen“, erläutert James Wilson, Projektmanager für das SPI-Projekt bei UKAEA.

Die Einführung des SPI, der in den letzten Monaten schrittweise bei JET installiert wurde, ist das Ergebnis einer internationalen Zusammenarbeit zwischen EUROfusion, ITER und dem Oak Ridge National Laboratory (ORNL) im US-Bundesstaat Tennessee. Das Projekt wird zentral von der UKAEA geleitet.

Obwohl sich die Wissenschaftler noch mit der Funktionsweise des Pelletsystems vertraut machen, wurden in den ersten Versuchstagen Ende Juli bereits zwischen 20 und 30 Pellets abgefeuert. Die SPI-Technologie wurde zuvor bereits am DIII-D-Tokamak in San Diego eingesetzt. In JET kann sie allerdings noch besseren Aufschluss über die spätere Verwendung bei ITER geben. Wenn das Deuterium-Pellet mit atemberaubenden 250 Metern pro Sekunde herausschießt, entspricht das fast der Geschwindigkeit, mit der ein Düsenflugzeug in optimaler Höhe fliegen würde.

Larry Baylor arbeitet in der Abteilung für Fusionsforschung des ORNL. Er kennt den SPI noch aus der Zeit des Einsatzes bei DIII-D und erklärt: „Technisch gesehen wirkt der SPI bei JET selbst wie eine Störung, aber in Zukunft wird er zum Einsatz kommen, um Störungen von vornherein zu vermeiden. Sobald das System erkennt, dass sich eine Störung anbahnt, werden ein oder mehrere Pellets in das Plasma geschossen. Es kühlt sehr schnell ab und Schaden wird vermieden.“

„Nach den erfolgreichen Tests an DIII-D testen wir die Technik nun am größeren JET, der immer noch um einiges kleiner als ITER ist. Der Zweck ist also uns näher an das tatsächliche Plasmavolumen und die tatsächliche Plasmaenergie von ITER heranzutasten. Unser größter Erkenntnisgewinn wird wohl sein, wie viele Pellets ITER benötigen wird, und ob sie von mehr als einer Stelle in das Gefäß injiziert werden muss“, fügt er hinzu.

„Bei der Verwendung des SPI möchten wir auch lernen, wie viel Neon erforderlich ist, um die gesamte Wärmeenergie aufzuheben, und wie symmetrisch die Energie im Torus verteilt wird. Später werden wir uns die Verteilung von außer Kontrolle geratenen Elektronen anschauen“, erklärt Larry Baylor. Die SPI-Pellets bestehen hauptsächlich aus Deuterium mit einer geringen Menge Neon. Unter Verwendung von extrem kaltem Heliumgas dauert die Bildung eines Pellets ungefähr 20 Minuten. Dann wird es abgefeuert und anschließend zersplittert. Der nächste Einsatz des SPI sind die Experimente mit außer Kontrolle geratenen Elektronen.

Hätten Sie’s gewusst?

Wenn das Deuterium-Pellet mit atemberaubenden 250 Metern pro Sekunde herausschießt, entspricht das fast der Geschwindigkeit, mit der ein Düsenflugzeug in voller Höhe fliegen würde.

Wie funktioniert SPI?

Wenn das SPI-System eine Störung vorhersagt, schießt es ein oder mehrere Pellets in das Plasma, um es sehr schnell abzukühlen. Auf diese Weise richtet die Störung keinen Schaden an.