Auricher Wissenschaftstage –
Forum einer dritten Kultur
Praktikum am Institut für Plasmaphysik in Jülich
vom 3. bis zum 7. April 2006
Von Eike Ulfers
Kernfusion ist und bleibt ein wichtiges Thema in unserer Zukunft. Deshalb entschied ich mich für ein Stipendium im Forschungszentrum Jülich. Eine Woche in den Osterferien vom 03.04.2006 bis zum 07.04.2006 wirkte ich im Institut für Plasmaphysik IPP am TEXTOR unter der Aufsicht von Herrn Schalt mit. Der TEXTOR ist ein Fusionsreaktor, der wie ein Reifenschlauch mit einem Durchmesser von fast 1 Meter aussieht, in dem später das Plasma erzeugt wird.
grau: Der „Reifenschlauch“; rosa: Laufbahn des Plasmas
Um das Plasma überhaupt erzeugen und halten zu können, müssen verschiedene Bedingungen erfüllt werden. Zum einen sind viele verschiedene Magnetspulen um den Schlauch angeordnet,
Schematischer Aufbau des TEXTOR
die das Plasma beschleunigen, es auf diese Weise aufheizen und es in der Bahn halten. Zudem muss ein fast perfektes Vakuum erzeugt werden, welches durch Hochleistungspumpen und dem Abkühlen der Außenwand durch flüssigem Helium (1 Kelvin, ca. -272°C) erreicht wird. Um die hohen Temperaturen zur Erzeugung des Plasmas zu erreichen, werden noch 2 weitere „Heizsysteme“ eingesetzt. Zwei Injektoren beschießen das Plasma mit Neutronen und zwei Mikrowellen beschleunigen das Plasma bis auf eine Temperatur von 100 Millionen Grad Celsius. Anders als bei der Kernreaktion spalten sich die Atome nicht, sondern es verschmelzen zwei Atome, wobei ebenfalls eine sehr große Menge Energie gewonnen wird. Da die Kernfusion wesendlich umweltfreundlicher, aber noch nicht ausgereift ist, wird die Fusion an zwei bestimmten Stoffen im Forschungszentrum ausführlich untersucht. Diese Stoffe sind zum einen Deuterium und zum anderen Tritium. Deuterium wird aus Wasser gewonnen und Tritium aus Stein. Es fusioniert jeweils ein Kern zu einem Heliumkern und einem einzigen Neutron miteinander.
Fusion von Tritium und Deuterium
Das Wichtige, woraus die große Energie gewonnen wird, ist das Neutron, welches eine unglaublich hohe kinetische Energie besitzt, die genutzt werden soll. Das Helium fällt nur als Schlacke ab. Theoretisch soll aus ca. 2 Litern Wasser und 250g Stein soviel Energie gewonnen werden wie aus 1.000 Liter Heizöl.
Bei meinem einwöchigen Aufenthalt habe ich in den ersten drei Tagen in der Elektronikwerkstadt Lichtwellenleiter (LWL) getestet und in den letzten zwei Tagen im Schalthaus der Magnetspulen des TEXTORs eine Laserschranke installiert. Die Lichtwellenleiter bestehen aus einem Sender und einem Empfänger, die über ein Glasfaserkabel verbunden sind.
Mein Arbeitsplatz
Eingesetzt werden diese Lichtwellenleiter direkt am Reaktor zur Messdatenübertragung, weil Lichtwellen nicht durch das Magnetfeld vom Reaktor beeinflusst werden und somit die Messdaten unverfälscht bleiben. Ich habe nun getestet, bei welchen Frequenzen die Sender und Empfänger Fehler verursachen. Mit einem Frequenzgenerator habe ich verschiedene Frequenzen von 50 Hz bis 190kHz durch die Lichtwellenleiter geschickt und mit einem Oszilloskop die Eingangsspannung mit der Ausgangspannung verglichen. Dabei habe ich herausgefunden, dass ab der Frequenz von ca. 100kHz die Ausgangsspannung der Lichtwellenempfänger stark abnimmt.
Spannungs-Frequenzdiagramm
Aufgrund dieser Messungen kennt man nun den Einsatzbereich der Lichtwellenleiter.
Die Laserschranke dient dazu, einen Fehler zu melden, wenn einer der vielen Thyristoren, die den Strom für die Magnetspulen steuern, brechen sollte.
Laserschranke
Lochplatte
Wenn ein Thyristor unbemerkt bricht, kann es zu großen Schäden in den Schaltschränken kommen, die die Untersuchungen am TEXTOR stark gefährden. Dank der Schranke kann frühzeitig reagiert werden.