Forschungsfeld Vakuum- und Fusionstechnologie

Der zuverlässige Betrieb eines Fusionskraftwerks erfordert das sichere Prozessieren des Fusionsbrennstoffs in einem geschlossenen Kreislauf sowie die Kontrolle des Fusionsplasmas in einer Vakuumkammer mit höchster Präzision und Robustheit. Die Entwicklung der hierfür benötigten Prozesse, Technologien und Komponenten stellen stellt eine noch nie dagewesene, komplexe Aufgabe dar.

Dazu werden im Forschungsfeld Vakuum- und Fusionstechnologie neuartige, inventaroptimierte Brennstoffkreisläufe für Fusionsreaktoren (Tokamaks und Stelleratoren) entwickelt und simuliert. Dabei wird der Kreislauf ganzheitlich betrachtet und alle Abhängigkeiten sowie das Interface zu dem Fusionsplasma berücksichtigt. Die zentrale Einrichtung hierfür ist die gerade im Aufbau befindliche Forschungsinfrastruktur DIPAK.

Des Weiteren werden in diesem Forschungsfeld Technologien und Komponenten zur Aufbereitung und Prozessierung des Abgases eines Fusionskraftwerks entwickelt, das aus nicht verbrannten Wasserstoffisotopen, Edelgasen und Verunreinigungen besteht. Dies beinhaltet die Entwicklung und Implementierung eins neuartigen Konzepts zur Separation des Wasserstoffs in ultrareiner Form, die Entwicklung neuer Vakuumpumpen mit flüssigen Metallen als Betriebsmittel sowie verbesserte Konzepte zur Separation der einzelnen Wasserstoffisotope aus einem Gemisch. Darüber hinaus werden neuartige Rechencodes erstellt, die es erlauben, verdünnte Gasströmungen selbst-konsistent im gesamten Bereich der Knudsenzahl zu berechnen, also von einer Kontinuumsströmung bis zu einer freien molekularen Strömung.

In der Vakuumtechnik unterhält das ITEP eine weltweit einzigartige Infrastruktur, von kleinen Anlagen zur Messung der Materialausgasungen im Vakuum bis hin zu DIPAK, und besitzt tiefgehendes Know-how in vielen, auch über die Fusion hinaus gehenden Bereichen wie Teilchenbeschleuniger, Neutronenquellen oder wissenschaftliche Großinstrumente.

Die Forschungsarbeiten sind in die folgenden Themenschwerpunkte gegliedert: