Weltgrößtes Kernfusionsprojekt ITER braucht Innsbrucker Know-How

Mit zwei Forschungsprojektaufträgen ist kürzlich die europäische Fusionsentwicklungsagentur EFDA (European Fusion Development Agreement) an die Arbeitsgruppe Plasma- und Energiephysik des Instituts für Theoretische Physik der LFU Innsbruck herangetreten.
Der Kernfusions-Testreaktor ITER
Bild: Der Kernfusions-Testreaktor ITER

Dr. David Tskhakaya und Prof. Siegbert Kuhn sollen numerische Untersuchungen zur Plasma-Wand-Wechselwirkung ausführen, und Prof. Klaus Schöpf wird mit seinen Mitarbeitern Dr. Viktor Goloborodko und Dr. Viktor Yavorskij die Verlustströme hochenergetischer Ionen modellieren.

 

Die kontrollierte Kernfusion wird als saubere und praktisch unerschöpfliche Energiequelle der Zukunft gesehen. Das internationale Abkommen im Jahr 2006 zur Errichtung von ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) war ein Durchbruch in der Entwicklung eines kommerziellen Fusionsreaktors. ITER wird in Cadarache in Südfrankreich gebaut. In ihm werden bestehende physikalische Konzepte zur kontrollierten Kernfusion überprüft sowie weitere entwickelt werden. Zahlreiche Plasmaphysiker in aller Welt fokussieren ihre Aktivitäten auf die Vorhersage des Verhaltens des durch ein kompliziertes Magnetfeld eingeschlossenen Fusionsplasmas in ITER und auf die Entwicklung neuer Betriebsszenarien. Die am ITER-Projekt beteiligten Länder repräsentieren mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung.

 

Zu den wichtigsten Problemen im Zusammenhang mit ITER gehören das Verhalten schneller Teilchen im Inneren und die Wechselwirkung zwischen Plasmarand und der umgebenden Wand. Während im Inneren des Fusionsplasmas eine Temperatur von 100-200 Mio. Grad vorherrscht, erreichen die Plasmatemperaturen an der Wand des Reaktors immer noch Werte bis zu 200.000 Grad und darüber. Der damit verbundene Energiefluss entspricht den Bedingungen an der Sonnenoberfläche und wird auf so genannte Divertoren geleitet, d.s. extrem hitzeresistente Platten, die nahe der Wand der Tokamak-Kammer angebracht sind und die extremen Energieflüsse von letzterer abhalten sollen. Um die Lebensdauer der teuren, aus speziellen hochwertigen Materialien bestehenden und mit komplizierten Kühlsystemen ausgestatteten Divertorplatten auf ein akzeptables Niveau zu reduzieren, ist eine genaue Vorhersage der Energieflussbelastung erforderlich.

 

Die Arbeitsgruppe Plasma- und Energiephysik hat langjährige Erfahrung in der Fusionsplasmaforschung. Dass sich nun EFDA durch die Vergabe der zwei Projekte "Improvement of the BIT1 code and application to the evaluation of expected power deposition profiles onto ITER plasma-facing components (PFCs) during steady-state and transient loads with realistic PFC geometries" und "Assessment of effects of RF (radiofrequency) and NBI (neutral beam injection) generated fast ions on the measurement capability of diagnostics" der Expertise der Innsbrucker Wissenschaftler Dr. Tskhakaya, Prof. S. Kuhn, Dr. Goloborodko, Dr. Yavorskij und Prof. Schöpf bedient, ist ein klares Zeichen der internationalen Anerkennung ihrer Beiträge zur Erforschung dieses komplexen Bereichs der Physik. Zur Durchführung der beauftragten Projekte, die jeweils über ein Jahr laufen, werden vorwiegend leistungsfähige Rechencodes (zeitabhängige Fokker-Planck Modellierung mit 3D COM-FP) und Simulationsprogramme (Particle-in-cell code BIT1) verwendet, die von den Innsbrucker Forschern selbst entwickelt wurden.