Tokamak JET startet neue Deuterium Tritium Kampagne

Nach 18 Monaten Vorbereitung und Reparatur stellt der weltweit größte JET-Tokamak die Arbeit wieder her, mit dem Ziel, im nächsten Jahr mit Deuterium-Tritium-Plasma zu starten, d. H. echte thermonukleare Starts. Solche Experimente wurden seit Mitte der 90er Jahre nicht mehr an Tokamaks durchgeführt, und es ist an der Zeit, die gesammelten neuen Ideen experimentell zu testen.


Zusammengesetztes Bild einer JET-Tokamak-Vakuumkammer (ca. 8 m Durchmesser) und Plasma während der Experimente.

Hier wurde 1997 bei JET ein Rekord für die thermonukleare Reaktionsleistung von Magnetfallen aufgestellt - 16 Megawatt für etwa 100 Millisekunden. Die Dauer war dann jedoch durch die Betriebsdauer des neutralen Injektionssystems begrenzt , das für die externe Erwärmung des Plasmas verantwortlich ist. Heutzutage sind diese Einschränkungen viel milder, daher ist geplant, 16 Megawatt ~ 5 Sekunden lang brennen zu lassen. Wieder nicht mehr, weil Die Gesamtbestrahlung des Designs der Vakuumkammer durch thermonukleare Neutronen ist begrenzt.



Profile der Rekordkraft von Fusionsexperimenten und der geplanten Zukunft

Eine wichtige Änderung gegenüber 1997 war die Übertragung des Reaktors auf eine Ganzmetallhülle - Kohlefaser- und Graphitelemente verschwanden. Letzteres trug einst dazu bei, die Plasmaverschmutzung durch Materialien mit hohen Atomzahlen zu verringern und die sogenannte „Strahlungsbarriere“ auf dem Weg zu thermonuklearen Temperaturen zu überwinden. Im Laufe der Zeit wurde jedoch klar, dass die Metallwand aus betrieblicher Sicht immer noch besser ist - weniger Staub, weniger „stecken“ in der Struktur von Tritium. Dies gilt insbesondere für den Divertor - ein Element, mit dem das Plasma „abgelassen“ wird, um Wärme und Verschmutzung aus dem Bereich der thermonuklearen Reaktion zu entfernen.


Der kürzlich von Europa hergestellte ITER-Divertor ist eine Wolframblockverkleidung und aktive Kühlung. Der direkte Teil berücksichtigt (in einem spitzen Winkel) den Plasmastrom mit einer Leistung von 5-10 Megawatt / m ^ 2

Neben der Wechselwirkung von Tritium mit einer vielversprechenden (alles geplanten und ITER) Vollmetallwand werden auch Lösungen zur Unterdrückung von ELM-Instabilitäten mit Spezialpistolen, die gefrorene Pellets aus der DT-Mischung abfeuern, sowie viele Ideen von Tokamachiks zum Plasmaverhalten getestet.

Während der „experimentellen DT-Kampagne Nr. 2 - DTE-2“ sind erstmals in der Geschichte auch Plasmaexperimente mit reinem Tritium geplant. Da das Masse / Ladungs-Verhältnis von Tritium eineinhalb Mal größer ist als das von Deuterium, ist es möglich, Simulationen und Experimente mit den für dieses Verhältnis empfindlichen Phänomenen zu vergleichen.

Nach den Plänen für die nächsten Monate erfolgt die Inbetriebnahme der Maschine und anschließend eine etwa 5-monatige Kalibrierungsserie physikalischer Experimente mit Deuterium. Nach einer etwa einmonatigen Überprüfung der Bereitschaft aller Systeme zur Arbeit mit Tritium durch die britische Atomaufsicht wird ein dreimonatiges physisches TT-Programm beginnen. Darauf folgen ein zusätzliches Sicherheitstraining, ein weiterer Trick und schließlich das viermonatige DTE-2 selbst.


Der allererste Start von JET nach einer Pause im Wasserstoffplasma. 40 Mal verlangsamt.

Ein langer und schwieriger Einstieg in dieses Versuchsprogramm ist sowohl mit der Belästigung von Tritium selbst als auch mit der induzierten Radioaktivität infolge einer thermonuklearen Reaktion verbunden.

Tritium ist wie jeder Wasserstoff ein flüchtiges, brennbares und extrem radioaktives Gas. Um damit zu arbeiten, müssen Sie alle Geräte in luftdichten Handschuhboxen installieren, die Rohrleitungen mit hermetischen zweiten Schalen umgeben, das Gebäude mit einem Druckreduzierungssystem (um die Wahrscheinlichkeit von Leckagen nach außen zu verringern) und einer Sauerstoffreduzierung (um Brände zu vermeiden, die im Falle von Tritium ein Albtraum sind) ausstatten. Insgesamt dürfen sich auf dem Gelände nicht mehr als 20 Gramm Tritium befinden, das in Form von Hydrid (Treytid?) Uran gespeichert und an das Heizsystem geliefert wird. In allen Experimenten wird jedoch nur etwa 1 Milligramm verbrannt. Ein so großer Unterschied zwischen dem „Lager“ und den Anforderungen erklärt sich aus der Tatsache, dass beim Durchgang durch das Plasma ein sehr kleiner Teil des Tritiums verbrennt und der Rest leider mit Deuterium und Protium kontaminiert ist. Danach muss das Gemisch zur Isotopentrennung geschickt werden - dieses System befindet sich jedoch nicht am JET-Standort.


Die berechneten Werte für die Dosisleistung (Radioaktivität) in der JET-Vakuumkammer als Ergebnis der thermonuklearen Aktivierung. Eine solche Aktivierung fällt jedoch ziemlich schnell um 2-3 Größenordnungen ab.

Die zweitwichtigste technische Aufgabe hier (und in Zukunft - bei ITER) wird es sein, mit einem aktivierten Design zu arbeiten. Am Ende des DTE-2 erreicht der Strahlungshintergrund in der Mitte der Vakuumkammer 80 mSv / h (8 Röntgenstrahlen pro Stunde), sodass die telekontrollierte Robotik für die Arbeit im Inneren verwendet wird. Während der Vorbereitung haben sie bereits darin geschult, Fliesen auszutauschen, neue zu installieren, verschiedene Sensoren zu installieren usw.


Ferngesteuerter Roboter in JET. Es wurde beim Abbau aktivierter Elemente nach DTE-1 eingesetzt.

Abschließend sollte noch eine „modische“ Idee erwähnt werden - Flüssig-Lithium-Wände, die viele technische Probleme hinsichtlich der Beständigkeit der Kameraauskleidung gegen die schädlichen Auswirkungen von Neutronen und Plasma lösen: Die Wechselwirkung einer solchen Wand mit Deuterium-Tritium-Plasma wird erstmals mit JET getestet.

Meiner Meinung nach sind solche Programme einerseits wichtig, um den Start einer vollwertigen Deuterium-Tritium-Kampagne für ITER vorzubereiten, und andererseits betonen sie die unglaublichen Schwierigkeiten bei der Arbeit mit der DT-Reaktion. Unter Bedingungen, in denen thermonukleare Energie kein „Sparmaßstab“ für die Zivilisation ist, ist es schwierig, Raten für DT-Reaktoren zu erwarten.