Info unter: klaus.weiss@kit.edu oder michael.wolf@kit.edu

In Deutschland ist in Greifswald die Experimentieranlage Wendelstein 7-X in Betrieb gegangen, mit der die Leistungsfähigkeit von Fusionsanlagen des Typs "Stellarator" demonstriert werden soll. In Süd-Frankreich wird der Fusionsreaktor ITER gebaut, der die Energiegewinnung durch Fusion demonstrieren wird. Der Einschluss des Plasmas wird bei beiden Maschinen durch Magnete gewährleistet. Um starke Magnetfelder energieeffizient zu erzeugen, sind supraleitende Magnete zwingend notwendig. Konstruktion, Bau und Betrieb solcher Magnete sind technologische Herausforderungen aufgrund der tiefen Temperaturen (4.5 Kelvin) und der hohen Ströme (typ. 68 kA).

Die Vorlesung wird die Grundprinzipien für Konstruktion und Bau supraleitender Magnete aufzeigen und umfasst hierbei:

• Einführung mit Beispielen zur Kernfusion und zum magnetischen Plasmaeinschluss
• Grundlagen von Tieftemperatur- und Hochtemperatur-Supraleitern und Kryotechnik
• Materialtests und kritische Materialeigenschaften bei tiefen Temperaturen
• Designprinzipien, Konstruktion und sicherer Betrieb supraleitender Magnete
• Aktueller Status und Magnetbeispiele von Fusionsprojekten ITER, W7-X, JT-60SA
• Auswirkung von Hochtemperatursupraleitern auf Fusion und Energietechnik

Ziel der Vorlesung ist es Grundlagen zum Bau supraleitender Magnete zu vermitteln. Hierfür sind multidisziplinäre Kenntnisse z.B. aus den Bereichen Materialeigenschaften bei tiefen Temperaturen, Hochspannungstechnik oder Hochstromtechnik notwendig. Die Verwendung von Supraleitern ist zwingend, da nur so effizient höchste Magnetische Felder bei vergleichsweise kleinen Verlusten erzeugt werden können. Magnetbeispiele aus Energietechnik, Forschung und Fusionsreaktorbau zeigen die Breite des Feldes.

In Rahmen dieser Vorlesung werden folgende Schwerpunkte behandelt

Inhaltsverzeichnis:

• Grundlagen der Kernfusion und Designaspekte von Fusionsmagneten
• Supraleitung - Grundlagen und Stabilität
• Erzeugung tiefer Temperaturen, Kryotechnik
• Tieftemperatur- und Hochtemperatur-Supraleiter
• Kryogene Materialtests und Materialeigenschaften bei tiefen Temperaturen
• Quenchsicherheit und Hochspannungsschutz von Magneten
• Status und Magnetbeispiele der Fusionsprojekte ITER, W7-X, JT-60SA und des künftigen DEMO
• Hochtemperatursupraleiter Anwendungen in Fusion und Netztechnik

Lernziel: Die Studierenden kennen:

• Arten des magnetischen Plasma-Einschlusses in Verbindung zu Fusionsmaschinen
• Beispiele und grundlegende Eigenschaften von verschiedenen technischen Supraleitern
• Grundlagen der Herstellung von Supraleiterkabeln und vom Magnetbau
• Erzeugung tiefer Temperaturen, Kryostatbau
• Grundlagen von Magnetauslegung und Magnetsicherheit
• Materialtest und Materialeigenschaften bei tiefen Temperaturen
• Hochtemperatursupraleiter und Anwendungen in Magnetbau und Energietechnik

Empfehlungen:

Vorkenntnisse in Energietechnik, Kraftwerkstechnik, Materialtests wünschenswert

- Präsenzzeit: 2 SWS, Sonstiges: Exkursion, etc. 5 Stunden
- Selbststudium: Vor- und Nachbereitung LV: 1 Stunde / Woche
- Vorbereitungsklausur: 80 Stunden pro Semester

Mündliche Prüfung von ca. 30 Minuten Dauer