Messverfahren für die Kernfusion 09.01.2014, 14:22 Uhr

Winzige Kameras sollen Plasmastrahlung in Fusionsreaktor messen

Neu entwickelte Sensoren sollen Plasmastrahlung im Fusionsfeuer des Forschungsreaktors ITER messen. Die sogenannten Bolometer werden in der Wand des Plasmagefäßes installiert und müssen Temperaturen von mehreren hundert Grad standhalten. Ein wichtiger technologischer Schritt auf dem Weg zur unerschöpflichen Energie.

Forscher im Plasmaraum der Garchinger Fusionsanlage Asdex. Hier finden erste Tests mit den Bolometern statt, die später im ITER-Reaktor zum Einsatz kommen sollen. 

Forscher im Plasmaraum der Garchinger Fusionsanlage Asdex. Hier finden erste Tests mit den Bolometern statt, die später im ITER-Reaktor zum Einsatz kommen sollen. 

Foto: Max-Planck-Institut für Plasmaphysik

Auf dem Weg zu neuen Energiequellen soll der französische ITER-Testreaktor den technischen Beweis dafür liefern, dass Kernfusion möglich ist. Er funktioniert nach dem sogenannten Tokamak-Prinzip. Dabei verschmelzen beispielsweise die Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium, auch bekannt als schwerer und überschwerer Wasserstoff. Das entstehende heiße Plasma ist in einem ringförmigen Raum aus Magnetfeldspulen eingeschlossen, der ein Abkühlen verhindert. Die Fusion ist extrem effizient: Sie erzeugt zehnmal so viel Energie wie sie verbraucht.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Ingenieurgemeinschaft Trautmann Dingeldein-Firmenlogo
Architekt / Hochbauingenieur / Bauingenieur (w/m/d) für den Bereich Objekt- und Tragwerksplanung Ingenieurgemeinschaft Trautmann Dingeldein
Reichelsheim Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Ingenieur (w/m/d) Straßenbau Die Autobahn GmbH des Bundes
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Produktmanager iTWO (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Vergabeingenieur (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
verschiedene Standorte Zum Job 
Ruhr-Universität Bochum-Firmenlogo
Dipl.-Ingenieur*in Fachrichtung Elektrotechnik (FH) oder vergleichbar (m/w/d) Ruhr-Universität Bochum
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Projektingenieur (m/w/d) für die Planung Die Autobahn GmbH des Bundes
Stadtwerke Norderstedt-Firmenlogo
Planungsingenieur:in als Teamleiter:in (m/w/d) Infrastrukturausbau Stadtwerke Norderstedt
Norderstedt Zum Job 
Albert Handtmann Elteka GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Laboringenieur (m/w/d) Albert Handtmann Elteka GmbH & Co. KG
Biberach an der Riß Zum Job 
Bundeswehr-Firmenlogo
Ingenieur/in (m/w/d) Informatik/Elektrotechnik Bundeswehr
keine Angabe Zum Job 
Bundeswehr-Firmenlogo
Ingenieurin/Ingenieur (m/w/d) Bundeswehr
keine Angabe Zum Job 
Eckerle Technologies GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur Hydraulik (m/w/d) Eckerle Technologies GmbH
Malsch bei Karlsruhe Zum Job 
Stuttgart Netze GmbH-Firmenlogo
Ingenieur Energietechnik Smart Grid (w/m/d) Stuttgart Netze GmbH
Stuttgart Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Abteilungsleitung (w/m/d) Bau, Baugrund- und Baustoffprüfung Die Autobahn GmbH des Bundes
Klinger und Partner GmbH-Firmenlogo
Projektleiter Tiefbau und Straße (m/w/d) Klinger und Partner GmbH
Stuttgart Zum Job 
SALT AND PEPPER Technology GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Testingenieur Software für Entwicklungsprojekte (all genders) SALT AND PEPPER Technology GmbH & Co. KG
Hamburg Zum Job 
SALT AND PEPPER Technology GmbH & Co. KG-Firmenlogo
System Engineer für Entwicklungsprojekte (all genders) SALT AND PEPPER Technology GmbH & Co. KG
Hamburg Zum Job 
SALT AND PEPPER Technology GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur Hardware (all genders) SALT AND PEPPER Technology GmbH & Co. KG
Hamburg Zum Job 
Städtisches Klinikum Dresden-Firmenlogo
Projektleiter (m/w/d) Bau Städtisches Klinikum Dresden
Dresden Zum Job 
Panasonic Industrial DevicesEurope GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur (m/w/d) in der industriellen Hardwareentwicklung Panasonic Industrial DevicesEurope GmbH
Lüneburg Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Projektingenieur Planung (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes

Forscher wollen erstes Plasma im Jahr 2020 erzeugen. Doch um dieses Ziel zu erreichen, muss es zunächst möglich werden, die Strahlungsleistung des Plasmas zu berechnen. Denn nur wenn sie bekannt ist, lässt sich das Plasma regeln und die gewünschte Betriebsweise einstellen. Forscher des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP) in Garching bekamen deshalb den Auftrag, spezielle Kameras und ein Messverfahren zu entwickeln.

Die Forscher bauten winzige Kameras, sogenannte Bolometer. Basis sind Metallplättchen in der Größe einer Briefmarke. Sie absorbieren die Plasmastrahlung entlang einer engen Sichtlinie und erhitzen sich dabei. Unter jedem Plättchen befindet sich ein Leiter mit einem elektrischen Widerstand. Der ändert sich mit der Temperatur und misst so die Strahlungsleistung.

Ein zugehöriges Messverfahren aus Garching soll die vom ITER-Plasma abgegebene Wärme- und Lichtstrahlung im Infrarot- und Röntgenbereich analysieren. Gibt es genügend Bolometer, lassen sich Strahlungsintensitäten bestimmten Punkten im Plasma zuordnen. So erfährt man exakt, welche Stelle im Plasma welche Leistung ausgesandt hat.

Messungen im Fusionsfeuer des Forschungsreaktors ITER

Die Grundlage für die Bolometer haben die Forscher schon in anderen Projekten gelegt. Doch im Forschungsreaktor ITER sind die Voraussetzungen extremer. Wenn Forscher dort ein brennendes Fusionsfeuer erzeugen, müssen die Bolometer aufprallenden Fusionsneutronen standhalten. Dann wird sich zeigen, ob sie auch bei hohen Temperaturen von bis zu 450 Grad Celsius zuverlässig arbeiten.

Die Bolometer durchkreuzen das Plasma mit über 500 Sichtlinien. Somit wird es möglich, die Strahlungsleistung an verschiedenen Stellen des Plasmas zu berechnen. 

Die Bolometer durchkreuzen das Plasma mit über 500 Sichtlinien. Somit wird es möglich, die Strahlungsleistung an verschiedenen Stellen des Plasmas zu berechnen. 

Quelle: Max-Planck-Institut für Plasmaphysik

Die Bolometer durchkreuzen verschiedene Querschnittsebenen des ITER-Plasmas mit 500 Sichtlinien und beobachten es so aus allen Winkeln. Die Absorber-Plättchen, die diese Strahlung auffangen, liegen tief in der Wand des Plasmagefäßes am Ende langer Kanäle, die von engen Blenden abgedeckt sind – je kleiner der Sichtwinkel ist, den der einzelne Detektor abtastet, desto genauer wird das Plasma abgebildet.

Roboterteststand in Garching prüft Streulicht und Reflexionen der Kameras

Um zu prüfen, wie genau das Messverfahren wirklich ist, haben Wissenschaftler in Garching bereits einen Roboterteststand aufgebaut und im Plasmagefäß der Garchinger Fusionsanlage ASDEX Upgrade geprüft. Dabei wurde ein Laserstrahl aus allen Richtungen auf den Eintrittsspalt eines Bolometers gerichtet. Die Messergebnisse halfen, den Blenden-Entwurf so zu verbessern, dass Streulicht und Reflexionen in der Kamera weitgehend unterdrückt werden.

In vier Jahren soll das Messverfahren des IPP in den ITER-Testreaktor integriert werden. In dieser Zeit wollen die Wissenschaftler noch vieles an Optik, Aufbau, Material und Elektronik optimieren. Das fördert die europäische ITER-Agentur Fusion for Energy mit 4,8 Millionen Euro. 

Ein Beitrag von:

  • Andrea Ziech

    Redakteurin Andrea Ziech schreibt über Rekorde und Techniknews. Darüber hinaus ist sie als Kommunikationsexpertin tätig.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.