Bau und Test von supraleitenden Modellspulen für die Fusion

Die Erfahrung des ITEP bei der vielfältigen Anwendung supraleitender Technik beruht auf Arbeiten von den siebziger Jahren bis ins neue Jahrtausend, die im Rahmen internationaler Fusionsmagnetprojekte gewonnen wurden.

 

 

1976 wurde das Large Coil Task1 (LCT, übersetzt "Großes Spulen Projekt") gestartet.Ziel war es, die supraleitenden toroidalen Spulen für eine Tokamakmaschine in skalierbarer Größe zu entwickeln. Das Projekt wurde im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit unter Beteiligung von EURATOM, Japan, Schweiz und USA durchgeführt und stand unter der Schirmherrschaft der "International Energy Agency" (IEA). Die USA stellte drei Torusspulen und die Testeinrichtung. Die anderen Partner lieferten jeweils eine Torusspule. Im Auftrag von EURATOM entwickelte das damalige KFK/ITEP gemeinsam mit der deutschen Industrie (Siemens, Krupp, Vakuumschmelze) eine dieser Torusspulen. Diese LCT Spule wurde zunächst 1984 im heutigen KIT und später 1986-87 in der Testanlage des Oak Ridge National Laboratory's erfolgreich getestet. Damit wurden grundlegende Konstruktionsprinzipien eines großen forciert gekühlten supraleitenden Magneten erarbeitet und getestet.

 

 

1985 wurde das POLO (Poloidal Field Coil) Spulenprojekt2 gestartet. Ziel des Projektes war die Entwicklung der Technologie äußerer supraleitender Poloidalfeldspulen für einen Tokamak. Das Projekt wurde in Zusammenarbeit mit der CEA Cadarache, Frankreich, ausgeführt. Im Rahmen dieses Projektes wurden verlustarme forciert gekühlte Supraleiterkabel und die kryogene Hochspannunngstechnik für Supraleitermagnete entwickelt. Die POLO-Spule wurde 1994 erfolgreich im heutigen KIT / ITEP getestet.

 

Im Rahmen der Entwicklungsgemeinschaft Kernfusion wurde das IPP (Institut für Plasmaphysik) Garching bei der Entwicklung des supraleitenden Magnetsystems des Stellarators W 7-X von 1990-2000 unterstützt. Neben den Beiträgen zur Leiter- und Komponentenentwicklung wurde eine von der Industrie (Ansaldo und Noell) gefertigte Prototypspule im heutigen KIT / ITEP 1999 im Hintergrundfeld der LCT-Spule zur Erzeugung relevanter Kraftbelastungen getestet3.

 

In den von 1990 bis 2002 dauernden Projekt wurde die spezifische Technik für das supraleitende TF Magnetsystem des ITER entwickelt. Beteiligt waren die europäischen Supraleiterlabore CEA Cadarache, ENEA Frascati, POLITO Torino und das Forschungszentrum Karlsruhe unter der Koordination von EFDA. Die ITER Toriodalspule (TF) Modellspule wurde bei dem europäischen Industrie Konsortium AGAN (Ansaldo, GEC Alsthom, Accel, Noell) gebaut. Im Jahr 2001 wurde die ITER TF Modellspule (TFMC) alleine und im Jahr 2002 im Hintergrundfeld der LCT Spule getestet4. Der Vergleich der Ergebnisse mit zuvor berechneten Daten zeigte, dass mit der hier entwickelten und getesteten Technik das ITER TF Spulensystem zuverlässig gebaut werden kann.

 

 

Literatur

1.  D.S. Beard et al., "The IEA Large Coil Task", Fusion Eng. Des. 7 (1 and 2) (1988) 1–230.

2.  M. Darweschsad et al., "Development and test of the poloidal field prototype coil POLO at Forschungszentrum Karlsruhe, Fusion Eng. Des. 36 (1997) 227–250

3.  R. Heller et al., "Test results from the Wendelstein 7-X stellarator demonstration coil", Cryogenics 40(8):561-567, 2000

4.  A. Ulbricht et al., "The ITER toroidal field model coil project" Fusion Engineering and Design 73 (2005) 189–327