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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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