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Plasmaphysik und Kernfusion

Maurus Hans

26.05.2014

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Inhalt

1 Historischer Abriss

2 Fusionsmechanismus

3 Grundlagen MHD und Drift im Plasma

4 Einschluss in 1Dϑ-Pinch u. z-PinchHeizen u. GleichgewichtsbetrachtungDrift u. Screw-Pinch

5 Einschluss in 2DTokamakStellarator

6 Technische Umsetzung

7 Literatur

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Historischer Abriss

1917 Entdeckung der ersten Kernreaktion (endotherme Fusion) durchErnest Rutherford

14N + 4He → 17O + 1H − 1, 2MeV

1928 theoretische Beschreibung durch George Gamow

1934 erste gezielte Durchfuhrung einer Fusionsreaktion durch MarkOliphant (Assistent von Rutherford)

2H + 2H → 3He + 1n + 3, 3MeV2H + 2H → 3H + 1p + 4, 0MeV

1950 Entwicklung des Stellarators (USA) und des Tokamak (UdSSR)

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Fusionsmechanismus

angestrebter Mechanismus in FusionsreaktorenI D + T → 4He + n + 17, 6MeVI ausreichend großer WirkungsquerschnittI Deuterium in Wasser ausreichend vorhandenI Tritium erbrutbar nach 6Li + n → 4He + 3H + 4, 8MeV

technische Realisierung in Plasma in Fusionsreaktor unterMagnetfeldeinschluss

I im Gegensatz zur solaren Fusion deutlich geringerer DruckI daher hohere Temperatur notwendigI Teilchen mussen sich zur Fusion ausreichend lange nahe genug kommenI

”kontinuierlicher“ Betrieb muss moglich sein

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Einschluss in 2DTokamak

toroidal geschlossener Screw-Pinch

Induktion des Plasmastroms analog zu TransformatorI begrenzte Einschlusszeiten

”relativ einfacher“ Aufbau

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Einschluss in 2DTokamak – Schema

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Einschluss in 2DStellarator

keine kontinuierliche Symmetrie, sondern diskrete

verdrilltes Magnetfeld durch komplizierte Spulengeometrie

kein PlasmastromI kontinuierlicher Betrieb besser moglich

Heizung unabhangig vom Plasmastrom notwendig

stellenweise chaotisches Verhalten des Plasmas moglich

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Einschluss in 2DStellarator – klassischer Stellarator

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Einschluss in 2DStellarator – mit modularen Spulen

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Technische UmsetzungASDEX Upgrade

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Technische UmsetzungASDEX Upgrade

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Technische UmsetzungWendelstein 7-X

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Technische UmsetzungWendelstein 7-X

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Technische UmsetzungWendelstein 7-X

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Technische UmsetzungITER

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Technische UmsetzungITER

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Literatur

[1] John David Jackson: Klassische Elektrodynamik.

[2] Michael Kaufmann: Plasmaphysik und Kernfusion.

[3] http://de.wikipedia.org/wiki/Kernfusion, 20.05.2014

[4] http://de.wikipedia.org/wiki/Kernfusionsreaktor,20.05.2014

[5] http://de.wikipedia.org/wiki/Tokamak, 21.05.2014

[6] http://de.wikipedia.org/wiki/Stellarator, 21.05.2014

[7] http://en.wikipedia.org/wiki/Pinch_(plasma_physics),21.05.2014

[8] http://www.ipp.mpg.de, 21.05.2014

[9] http://www.efda.org/fusion/fusion-machine/

types-of-fusion-machines/tokamaks, 21.05.2014

[10] http://www.iter.org, 25.05.2014

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