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safe ND 2025: The third BASE research symposium

safe ND 2025: The third BASE research symposium The Federal Office for the Safety of Nuclear Waste Management ( BASE ) invites you to the third meeting of the Interdisciplinary Research Symposium on the Safety of Nuclear Disposal Practices (safe ND 2025). Time as a safety factor: opportunities and challenges of timely nuclear waste disposal The Federal Office for the Safety of Nuclear Waste Management ( BASE ) invites you to the third Interdisciplinary Research Symposium on the Safety of Nuclear Disposal Practices (safe ND 2025). The biennial safe ND addresses all issues relating to the safety of nuclear waste disposal. Safe ND 2025 will take place in Berlin from 17 to 19 September and focus on the main topic: "Time as a safety factor: opportunities and challenges of timely nuclear waste disposal" . Developing and implementing disposal concepts for nuclear waste that ensure long-term safety is a complex sociotechnical challenge requiring, in particular, extensive geological exploration, engineering research, numerical simulation and long-term awareness preservation. The technical vulnerabilities of such a waste disposal concept are not the only dangers to society, however. It’s essential that a timely implementation also is accounted for as a central safety factor. The imperative nature of timing as a safety factor derives not only from the fact that the radioactivity of nuclear waste is currently at its highest level and will decay over time, but also from the fact that high-level radioactive waste is currently stored above ground in most parts of the world. Such above-ground storage makes this waste vulnerable to various geopolitical threats, including military conflicts, radical alterations to existing political institutions and to consequences of climate change. So how can we properly account for the factor of time when evaluating the safety of nuclear disposal programmes? The symposium will include lecture and poster sessions as well as workshops and panel discussions. Below, you will find the most important information about safe ND 2025: Date: safe ND 2025 will take place in Berlin from 17 to 19 September 2025. Call for Sessions: 27/08/2024 to 05/11/2024 Call for Contributions: 06/01/2025 to 11/03/2025 Venue: Radialsystem in Berlin, Germany (Holzmarktstraße 33, 10243 Berlin) About the symposium: safe ND stands for "Interdisciplinary Research Symposium on the Safety of Nuclear Disposal Practices". Scientists are given the opportunity to present their current research results and projects in intra- and interdisciplinary discussions. The following topics, among others, will be addressed: Decommissioning of nuclear facilities Storage, conditioning and transport of radioactive waste Site selection and deep geological disposal of radioactive waste Alternative disposal methods Public participation and communication Nuclear safety culture and knowledge preservation Social sciences and humanities perspectives on nuclear energy and radioactive waste (including historical, economic and legal analyses) Safeguards and non-proliferation in nuclear waste disposal Nuclear waste management related to alternative reactor designs and fusion energy Call for Contributions: The Call for Contributions began on January, 6 2025. You are kindly invited to submit proposals for the following formats: Oral: A 15-minute presentation, followed by 5 minutes for questions from the audience Poster: Exhibition of an A0 poster and a 2-hour poster presentation Panel discussion: A panel discussion organized by you (approx. 1-2 hours) Workshop: A workshop organized by you (approx. 2-3 hours) Please submit proposals for orals and posters via this website and proposals for panel discussions and workshops via this website . Please also indicate which of the proposed sessions you would like to assign your proposal to. The Call for Contributions closes on March, 3 2025. Scientific Committee: A scientific committee advises BASE on the selection of submissions from the Call for Contributions and on the compilation of the program. The members of the scientific committee are: Dr. Carla-Olivia Krauß, Institute of Technology and Management in Construction, Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Germany Dr. Petra Tjitske Kalshoven, Department of Social Anthropology, University of Manchester, UK Dr. Florence-Nathalie Sentuc, Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) gGmbH, Germany Dr. Holger Völzke, Safety of Storage Containers Division, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Germany Prof. Dr. Barbara Reichert, Institute for Geosciences, University of Bonn, Germany; Chair of Nuclear Waste Management Commission (ESK), Germany Dr. Jens Birkholzer, Energy Geosciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, USA Dr. Tim Vietor, Safety, Geology & Radioactive Materials Division, National Cooperative for the Disposal of Radioactive Waste (NAGRA), Switzerland Dr. Bo Strömberg, Unit for plant safety assessment, Swedish Radiation Safety Authority (SSM), Sweden Prof. Dr. Ulrike Felt, Department of Science and Technology Studies, University of Vienna, Austria Dr. Catrinel Turcanu, Science, Technology and Society, Belgian Nuclear Research Centre (SCK CEN), Belgium Prof. Dr. Anna Storm, Department of Thematic Studies, Linköping University, Sweden Dr. Luca Abele Piciaccia, Norwegian Radiation and Nuclear Safety Authority (DSA), Norway Dr. Markku Lehtonen, Department of Humanities, University Pompeu Fabra Barcelona, Spain Prof. Susan Molyneux-Hodgson, Department of Sociology, Philosophy and Anthropology, University of Exeter, UK Prof. Dr. Dörte Fouquet, Sustainability Law – Energy, Resources, Environment, Leuphana University Lüneburg, Germany Dr. Nikolaus Müllner, Institute of Safety and Risk Sciences, University of Natural Resources and Life Sciences (BOKU), Vienna Prof. Allison M. Macfarlane, School of Public Policy and Global Affairs, The University of British Columbia, Vancouver Registration: Registration for attendance is independent of participation in the Call for Sessions or the Call for Contributions. The registration for attendance is expected to open in spring 2025. symposium@base.bund.de To the topic safeND 2025: Information about Call for Contributions Download (PDF, 813KB, File meet accessibility standards)

Nuclear fusion

Nuclear fusion Nuclear fusion is the process of creating energy by fusing two atomic nuclei rather than splitting them. At present, nuclear fusion is a project for the future. It is not possible to predict when the first commercial power station will be able to generate electricity. Nuclear fusion has been under research for decades. The majority of research worldwide focusses on so-called deuterium-tritium fusion (D-T fusion) based on magnetic confinement fusion. In other words, nuclear fusion is to be achieved by means of a magnetic field . View of ‘ITER’, the world's most advanced prototype of a fusion reactor in France © pa/dpa/MAXPPP | Gilles Bader / Le Pictorium There are a handful of experimental facilities around the world that endeavour to generate energy by means of nuclear fusion. To date, however, not a single experimental facility exists anywhere in the world that uses nuclear fusion to produce more energy than it needs to operate, or that might even be able to generate electricity. ‘ITER’ is the most advanced prototype of a fusion reactor under construction worldwide: ‘ITER’ is intended to prove the technical feasibility of a nuclear fusion power plant, without any plans to generate electricity. A great deal of research and development is still needed before the ‘ITER’ fusion reactor prototype can become an electricity-generating experimental reactor. Recently published advances in the field of nuclear fusion, for example in the USA , relate to basic research findings regarding nuclear fusion based on laser fusion. This involves the use of high-energy lasers rather than a magnetic field to achieve fusion. It is currently impossible to predict whether or when the first commercial fusion power plant for generating electricity might be built. The following are examples of nuclear fusion research projects and their envisaged time horizons: In the plasma vessel of the Wendelstein 7-X experimental facility: The first plasma was generated there on 10 December 2015 © picture alliance/dpa | Stefan Sauer The ‘ITER’ experimental reactor has been under construction by an international consortium (China, EU , India, Japan, Korea, Russia and USA ) in Cadarache, France, since 2010. The experimental reactor is intended to prove the basic feasibility of a fusion power plant based on magnetic confinement fusion. This means that nuclear fusion is to be achieved technically by means of a magnetic field . The aim is to generate 500 megawatts of fusion power for longer than 300 seconds (5 minutes). The original plan was to achieve this goal by 2035-2040, but the project is facing considerable delays and cost increases. A new timetable is to be announced in 2024. 'ITER' is purely about fusion power and not about generating electricity. In addition to the ‘ITER’ test reactor, the EUROfusion consortium is pushing ahead with the development of the ‘DEMO’ (magnetic confinement fusion) fusion reactor prototype. Such a prototype is planned for Europe from 2050, and is expected to produce around 500 megawatts of electricity per year (in comparison: nuclear power plants approx. 1400 MW ). The EUROfusion consortium was founded in 2014. It is made up of state research institutions from EU member states (including several German ones) and Switzerland. With the ‘DEMO’ project, EUROfusion is researching a possible commercial utilisation of nuclear fusion. The Wendelstein 7-X, the world's largest experimental facility of the stellarator type, is operated in Greifswald. Its task is to investigate the suitability of this special type of construction for a fusion power plant. The main assembly of Wendelstein 7-X was completed in 2014 and the first plasma was generated on 10 December 2015. Wendelstein 7-X is purely an experimental facility for researching nuclear fusion. The facility is still a long way from being a prototype power plant. Numerous private companies around the world are currently pursuing the topic of nuclear fusion. Many of them intend to build experimental reactors by 2030-2035. Such claims are mostly mere declarations of intent and cannot be independently verified. Information: The IAEA has published the ‘IAEA World Fusion Outlook’ . In Germany, the promotion of nuclear fusion falls within the remit of the Ministry of Education and Research ( BMBF ). The BMBF published a ‘Position Paper on Fusion Research’ on 23 June 2023 (in German). What are the characteristics of nuclear fusion? A fusion process would generate significantly lower activity inventories than nuclear fission (nuclear power plant). According to the classification of the International Atomic Energy Agency ( IAEA ), no high- level radioactive waste would be produced. The radioactive fuel tritium (half-life 12.3 years) would become embedded in materials. Furthermore, the neutron radiation that occurs during nuclear fusion would activate components of the reactor (material-independent half-lives). This would result in the continued production of radionuclides, resulting in low- and intermediate- level radioactive residues, initially in the form of components of the fusion reactor. In the case of nuclear fusion, large quantities of low- and intermediate- level radioactive residues are to be expected. They would have to be further processed, stored temporarily and, in some cases, permanently disposed of safely. The fusion plasma will self-extinguish as soon as the energy supply is interrupted and, in contrast to a nuclear power plant, there is no significant production of residual heat. A catastrophic reactor accident with the same consequences as with a nuclear power plant is, therefore, practically impossible. A major radiological risk of nuclear fusion would be the use of the radioactive fuel tritium (half-life 12.3 years). And, as radioactive substances would be produced during nuclear fusion, there would be a basic radiological risk during the operation, maintenance and dismantling of plants, as well as in the event of possible incidents and accidents. Nuclear fusion is expected to consume a small three-digit kilogramme quantity of each fuel (deuterium and tritium) per year and gigawatt of electrical power plant output; however, this is only an assumption so far. (Source: ‘DEMO’ project, Gianfranco Federici from EUROfusion; FEC 2023; 16-21 October 2023, London, UK). By comparison, nuclear power plants require around 170 tonnes of uranium per year (= around 80,000 tonnes of rock). Nuclear fusion would reduce dependence on raw materials, as tritium fuel could be produced from small quantities of lithium in the fusion power plant itself. However, many questions remain unanswered regarding the breeding of tritium.

Neue Technologien für Supraleiter

Coherent ist ein führender Hersteller von Photoniklösungen. Am Standort in Göttingen werden seit 1971 Eximerlaser und UV-optische Systeme für hochpräzise Dünnschichtprozesse entwickelt und produziert. Das Unternehmen hat einen Laser entwickelt, welcher supraleitende Kristallschichten mit einzigartiger Materialqualität auf 300 Meter langen Metallbändern wachsen lässt. Die dadurch produzierbaren Supraleiter-Bänder lassen bisher unerreichbare Magnetfeldstärken in Fusionsmagneten zu. Dadurch ist es zukünftig möglich, die Technologie der Fusionskraftwerke weiterzuentwickeln, welche eine klimaneutrale Energieerzeugung und den Ausstieg aus fossilen Energieträgern verspricht.

Kernfusion

Kernfusion Bei der Kernfusion wird die Energie nicht durch Spaltung sondern durch Verschmelzung zweier Atomkerne gewonnen. Derzeit ist die Kernfusion ein Zukunftsprojekt. Wann ein erstes kommerzielles Kraftwerk zur Stromerzeugung realisiert werden könnte, lässt sich nicht prognostizieren. Die Kernfusion befindet sich seit Jahrzehnten im Stadium der Erforschung. Wissenschaftler:innen weltweit forschen mehrheitlich an der sogenannten Deuterium- Tritium -Fusion (D-T Fusion), auf Basis der Magnetfusion. Das heißt, dass die Kernfusion technisch mittels eines Magnetfeldes realisiert werden soll. Blick auf „ITER“, den weltweit fortgeschrittensten Prototyp eines Fusionsreaktors in Frankreich © pa/dpa/MAXPPP | Gilles Bader / Le Pictorium Es existieren weltweit eine Handvoll Experimentiereinrichtungen, die mit Hilfe der Kernfusion versuchen, Energie zu erzeugen. Weltweit existiert bis heute jedoch keine Versuchsanlage, die mittels Kernfusion mehr Energie erzeugt als freisetzt als sie für ihren Betrieb benötigt, oder die gar Strom erzeugen könnte. Mit „ITER“ ist weltweit der fortgeschrittenste Prototyp eines Fusionsreaktors im Bau: „ITER“ soll die technische Machbarkeit eines Kernfusionskraftwerks demonstrieren, wobei eine Stromerzeugung nicht geplant ist. Von dem Prototyp eines Fusionsreaktors „ITER“ hin zu einem stromerzeugenden Versuchsreaktor muss noch viel Forschung und Entwicklung stattfinden. Jüngst öffentlich vermeldete Fortschritte beim Thema Kernfusion, zum Beispiel in den USA , betreffen Ergebnisse aus der Grundlagenforschung auf dem Gebiet der Kernfusion auf Basis der Laserfusion. Hierbei wird die Fusion nicht mittels eines Magnetfeldes, sondern mittels hochenergetischer Laser realisiert. Es ist derzeit nicht prognostizierbar, ob oder wann ein erstes kommerzielles Fusionskraftwerk zur Stromerzeugung realisiert werden könnte. Im Folgenden finden Sie exemplarische Kernfusions-Forschungsprojekte und deren anvisierte Zeithorizonte: Im Plasmagefäß der Experimentieranlage Wendelstein 7-X: Das erste Plasma wurde dort am 10. Dezember 2015 erzeugt. © picture alliance/dpa | Stefan Sauer Seit 2010 wird durch ein internationales Konsortium (China, EU , Indien, Japan, Korea, Russland und USA ) im französischen Cadarache der Versuchsreaktor „ITER“ errichtet. Der Versuchsreaktor soll die prinzipielle Machbarkeit eines Fusionskraftwerks, basierend auf der Magnetfusion, demonstrieren. Das heißt, dass die Kernfusion technisch mittels eines Magnetfeldes realisiert werden soll. Ziel ist, 500 Megawatt Fusionsleistung für länger als 300 Sekunden (5 Min.) erzeugen zu können. Geplant war dieses Ziel ursprünglich bis 2035-2040 zu realisieren, das Projekt ist jedoch mit erheblichen Zeit- und Kostensteigerungen konfrontiert. Für 2024 ist ein neuer Zeitplan angekündigt. Bei „ITER“ geht es rein um Fusionsleistung und nicht darum, Strom zu erzeugen. Begleitend zu dem „ITER“-Versuchsreaktor wird durch das Konsortium EUROfusion die Entwicklung des Fusionsreaktor-Prototyps „DEMO“ (Magnetfusion) vorangetrieben. Geplant ist ein solcher Prototyp in Europa ab 2050. Er soll jährlich rund 500 Megawatt Strom produzieren (zum Vergleich: AKW ca. 1400 MW ). Das Konsortium EUROfusion wurde 2014 gegründet. Es besteht aus staatlichen Forschungseinrichtungen aus EU -Mitgliedsstaaten ( u.a. mehrere deutsche) und der Schweiz. EUROfusion forscht mit dem Projekt „DEMO“ an einer möglichen kommerziellen Nutzung der Kernfusion. In Greifswald wird mit dem Wendelstein 7-X die weltweit größte Experimentieranlage vom Typ Stellarator betrieben. Ihre Aufgabe ist es, die Eignung dieses speziellen Bautyps für ein Fusionskraftwerk zu untersuchen. Die Hauptmontage von Wendelstein 7-X wurde 2014 abgeschlossen, das erste Plasma wurde am 10. Dezember 2015 erzeugt. Der Wendelstein 7-X ist eine reine Experimentalanlage zur Erforschung von Kernfusion. Die Anlage ist noch weit von einem Prototyp -Kraftwerk entfernt. Aktuell verfolgen weltweit zahlreiche private Unternehmen das Thema Kernfusion. Diese Unternehmen nehmen sich vielfach vor, Versuchsreaktoren schon bis 2030-2035 zu realisieren. Diese Angaben sind meist reine Absichtserklärungen und nicht unabhängig überprüfbar. Hinweise: Die IAEA hat den „ IAEA W orld Fusion Outlook“ veröffentlicht. In Deutschland liegt die Förderung der Kernfusion im Verantwortungsbereich des Ministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) . Das BMBF hat am 23.06.2023 ein „Positionspapier Fusionsforschung“ veröffentlicht. Fragen und Antworten zur Kernfusion Wie funktioniert die Kernfusion? Ein Computerbild zeigt das erste Plasma aus der Experimentieranlage Wendelstein 7-X. © picture alliance / dpa | Stefan Sauer Vor etwa hundert Jahren wurde die Kernfusion als Energiequelle der Sonne entdeckt. Bei der Kernfusion werden zwei Atomkerne verschmolzen, im Gegensatz dazu werden bei der Kernspaltung ( AKW ) Atomkerne gespalten. Durch die Verschmelzung zweier Atomkerne kann Energie freigesetzt werden, bei der pro Reaktion im Vergleich zur Verbrennung fossiler Brennstoffe eine millionenfach höhere Energiefreisetzung stattfindet. Um den Kernfusionsprozess in einem Fusionsreaktor in Gang setzen zu können, muss das sogenannte Fusionsplasma, ein geeignetes Stoffgemisch auf sehr hohe Temperaturen erhitzt werden, für z.B. Deuterium- Tritium auf Temperaturen von über 100 Millionen Grad Celsius. Bisher ist es noch nicht gelungen, aus dem Kernfusionsprozess nutzbare Energie zu gewinnen. Wissenschaftler:innen weltweit forschen mehrheitlich an der sogenannten Deuterium-Tritium-Fusion (D-T Fusion), auf Basis der Magnetfusion. Das heißt, dass die Kernfusion technisch mittels eines Magnetfeldes realisiert werden soll. Bei der D-T Fusion werden die chemischen Elemente Deuterium (nicht radioaktiv) und das radioaktive Tritium als Brennstoffe verwendet. Deuterium und Tritium sind Isotope des Elements Wasserstoff. Zunehmend werden alternative Konzepte wie z.B. die Laserfusion für die Energieerzeugung verfolgt. Hierbei wird die Fusion nicht mittels eines Magnetfeldes, sondern mittels energiereicher Laser realisiert. Bei der Fusion eines D- und T-Kerns entsteht ein Helium-Kern und ein Neutron . Das Neutron trägt die freigewordene Energie in Form von Bewegungsenergie (Neutronenstrahlung). Die Energie des Helium-Kerns wird dazu verwendet, die Plasmatemperatur aufrecht zu erhalten, jedoch ist zusätzlich noch Heizenergie nötig. Zudem muss das Plasma durch ein Magnetfeld – im Fall der Magnetfusion - eingeschlossen werden. Die Fusionsreaktion verläuft dann im Plasma des erhitzten D- T -Gemischs, welches sich in einer Vakuumkammer befindet. Um dann Strom erzeugen zu können, soll die Energie des Neutrons bzw. der Neutronenstrahlung in speziellen Bauteilen, sogenannten Blanket, in Wärme umgewandelt werden. Die Wärme soll dann mittels eines Kühlmediums und durch Wärmetauscher eine Turbine zur Stromerzeugung antreiben – ähnlich wie in einem konventionellen AKW oder konventionellen fossilen Kraftwerken. Für ein mögliches Kraftwerk mit 1000 Megawatt elektrischer Leistung werden für die D- T Fusion die Brennstoffe Deuterium und Tritium jeweils in einer kleinen dreistelligen Kilogrammmenge pro Jahr veranschlagt; jedoch sind dies bislang nur Annahmen. (Quelle: „DEMO“-Projekt, Gianfranco Federici von EUROfusion; FEC 2023; 16.-21.10.2023, London, UK) Zum Vergleich: AKW benötigen jährlich rund 170 Tonnen Uran (= rund 80.000 Tonnen Gestein). Der Rohstoff Deuterium wird aus Wasser gewonnen. Das radioaktive und leicht flüchtige Wasserstoffisotop Tritium mit einer Halbwertszeit von 12,3 Jahren muss im Blanket erbrütet (=kernphysikalische Reaktion) werden. Wie das Erbrüten des Tritiums realisiert werden soll, dazu gibt es noch viele ungelöste technische Fragen. Welche radioaktiven Abfälle entstehen bei der Kernfusion? Obwohl es bei der Kernfusion auch darum geht, langlebige Abfälle zu vermeiden, werden dennoch radioaktive Stoffe mit längerlebigen Nukliden entstehen, vor allem dadurch, dass Neutronen auf bestimmte Legierungsbestandteile in den Bauteilen treffen. Deshalb fällt auch bei der Kernfusion schwach- ( LAW ) und zu einem geringen Anteil auch mittelradioaktiver Abfall ( MAW ) an. Hochradioaktiver Abfall entstünde nicht, was ein klarer Vorteil dieser Energieerzeugung gegenüber heutigen Atomkraftwerken wäre. Allein schon aufgrund seiner Größe ist bei Fusionsreaktoren insgesamt – sowohl im Betrieb, als auch im Rückbau - mit größeren Mengen dieser schwach- und mittelradioaktiven Reststoffen zu rechnen, als bei einem konventionellen Atomkraftwerk (Beispiel: Vakuumbehälter Fusionsreaktor „ITER“ ca. 5000t (ohne Einbauten); AKW -Reaktordruckbehälter ca. 500t). Unter anderem der radioaktive Brennstoff Tritium trägt zu einer größeren Abfallmenge bei, da sich Tritium leicht in Baumaterialien einlagert und dadurch mehr radioaktive Abfälle entstünden. Zu der großen Abfallmenge trägt zudem bei, dass wegen dem Verschleiß der Materialien damit gerechnet wird, dass manche Anlagenkomponenten teilweise oder ganz alle fünf bis zehn Jahre ausgetauscht werden müssen. Gemäß Studien würden z.B. für den Versuchsreaktor „DEMO“ von EUROfusion bei einer Lebensdauer von 20 Jahren potentiell bis zu 50.000 Tonnen radioaktive Abfälle anfallen, die zwischen- oder endgelagert werden müssten (Quelle: Committee on Radioactive Waste Management (CoRWM), November 2021, London, UK). Diese radioaktiven Reststoffe müssten abklingen und sicher verwahrt werden. Wiederum ein Teil davon müsste möglicherweise auch über einen längeren Zeitraum (>100 Jahre) hinaus sicher eingelagert werden. Klar ist also, dass bei der Kernfusion größere Mengen schwach- und zum Teil auch mittelradioaktive Abfälle entstehen werden, die sicher verwahrt werden müssen. In welchem Umfang Abfälle entstehen die dauerhaft sicher einlagert werden müssen, wird abhängig von den im Fusionsreaktor eingesetzten Materialien sein und ist Gegenstand von Forschung und Entwicklung. Welche Sicherheitsrisiken gibt es bei der Kernfusion? Das radioaktive Tritium , Bestandteil des Brennstoffs bei der D- T Fusion, ist ein radiologisches Risiko für das Personal eines möglichen Fusionsreaktors. Das Personal wäre zudem auch durch aktivierte Bauteile in einem solchen Reaktor belastet. Da bei der Kernfusion radioaktive Stoffe entstehen, bestehen also grundsätzlich radiologische Risiken für das Personal bei Betrieb, Wartung und Demontage von Anlagen. Im Vergleich zur Kernspaltung entstehen bei der Kernfusion jedoch wesentlich geringere Aktivitätsinventare bei Bauteilen und Materialien im Reaktor und auch keine hochradioaktiven Abfälle . Ein katastrophales Reaktorunglück, mit Folgen wie bei einem AKW , ist zudem praktisch nicht möglich, da das Fusionsplasma in einem Störfall selbstständig erlischt und im Gegensatz zu KKW keine Nennenswerte Nachwärmeproduktion erfolgt. Da bei der Kernfusion kein Spaltmaterial eingesetzt wird, ist das diesbezügliche von Anlagen zur Kernspaltung - beispielsweise Kernkraftwerken - unmittelbar ausgehende Proliferationsrisiko nicht gegeben. Jedoch stellt der Brennstoff Tritium eine wesentliche Komponente in modernen Kernwaffen dar. Zudem könnte ein Fusionsreaktor missbräuchlich für das Erbrüten von spaltbaren Materialien für den Kernwaffenbau verwendet werden. Mögliche Proliferationspotentiale gilt es somit zu beobachten und unter ein wirksames internationales Kontrollregime zu stellen. Welche Regeln könnten für künftige Fusionsreaktoren gelten? Fällt die Kernfusion unter Atomrecht? Stellaratorspule Wendelstein 7-AS im Zukunftsmuseum in München: Auch ein rechtlich bindendes Reglement für die Kernfusion ist Aufgabe für die Zukunft. © picture alliance/dpa | Daniel Karmann Ob zukünftige Fusionsreaktoren nach Atomrecht behandelt werden, ist noch offen. Der Versuchsreaktor „ITER“ in Frankreich ist bislang das einzige Projekt weltweit mit einem Bezug zur technisch nutzbaren Energieerzeugung. Jedoch geht es auch bei „ITER“ bislang rein um Fusionsleistung und nicht darum, Strom zu erzeugen. Alle anderen Fusionsprojekte haben noch keinen Bezug zur technisch nutzbaren Energieerzeugung, die Frage nach einem fusionsspezifischen Regelwerk hat sich bisher noch nicht gestellt. Großbritannien und die USA beabsichtigen jedoch, künftige Versuchsfusionsreaktoren nicht unter Atomrecht zu stellen. Aus regulatorischer Sicht sind bei der Kernfusion im Vergleich zur Kernspaltung die maximalen radiologischen Folgen eines Unfalls zwar erheblich kleiner anzusetzen, jedoch würden die Unterschiede zwischen einem Fusionsreaktor und einem Atomkraftwerk erfordern, dass das Regelwerk für den sicheren Bau, Betrieb, Stilllegung und Abbau für Fusionskraftwerke erheblich angepasst oder neu aufgesetzt wird. Zu diesem Schluss kommt die Gesellschaft für Reaktorsicherheit in einer 2022 veröffentlichten Studie, die von der Europäischen Atomgemeinschaft ( EURATOM ) in Auftrag gegeben wurde. Ein solches Regelwerk für die Kernfusion existiert bislang nicht. Die Internationale Atomenergie-Organisation ( IAEO ) beabsichtigt für die Kernfusion Sicherheitsstandards zu entwickeln. Auch hinsichtlich eines Proliferationsrisikos, das heißt dem Missbrauch von Kernfusionsanlagen für den Erwerb von Kernwaffen, diskutieren u.a. die Internationale Atomenergie-Organisation ( IAEO ) und wissenschaftliche Organisationen derzeit Konzepte zum Umgang hiermit. Es gibt bislang kein rechtlich bindendes Reglement. Was sind die Charakteristika der Kernfusion? Bei einem Fusionsprozess entstünden wesentlich geringere Aktivitätsinventare als bei der Kernspaltung ( AKW ). Es entstünde gemäß der Klassifikation der Internationalen Atomenergie-Organisation ( IAEO ) kein hochradioaktiver Abfall. Der radioaktive Brennstoff Tritium ( Halbwertszeit 12,3 Jahre) würde sich in Materialien einlagern. Auch die bei der Kernfusion stattfindende Neutronenstrahlung würde Bauteile des Reaktors aktivieren (materialunabhängige Halbwertszeiten). Somit entstünden also weiterhin Radionuklide und somit schwach- und mittelradioaktive Reststoffe, zuerst in Form von Bauteilen des Fusionsreaktors. Bei der Kernfusion ist mit großen Mengen an schwach- und mittelradioaktiven Reststoffen zu rechnen, die weiterverarbeitet, zwischen- und teilweise dauerhaft sicher endgelagert werden müssten. Das Fusionsplasma erlischt selbstständig, sobald die Energiezufuhr unterbrochen ist und im Gegensatz zur Kernspaltung erfolgt keine nennenswerte Nachwärmeproduktion. Ein katastrophales Reaktorunglück mit Folgen wie bei einem AKW ist daher praktisch nicht möglich. Ein grundsätzliches radiologisches Risiko der Kernfusion wäre der verwendete radioaktive Brennstoff Tritium ( Halbwertszeit 12,3 Jahre). Und da bei der Kernfusion radioaktive Stoffe entstünden, würden grundsätzliche radiologische Risiken bei Betrieb, Wartung und Demontage von Anlagen bestehen sowie bei möglichen Stör- und Unfallszenarien. Bei der Kernfusion wird voraussichtlich eine kleine dreistellige Kilogrammmenge je Brennstoff (Deuterium und Tritium ) pro Jahr und Gigawatt elektrischer Kraftwerksleistung verbraucht; jedoch sind dies bislang nur Annahmen. (Quelle: „DEMO“-Projekt, Gianfranco Federici von EUROfusion; FEC 2023; 16.-21.10.2023, London, UK). Zum Vergleich: AKW benötigen jährlich rund 170 Tonnen Uran (= rund 80.000 Tonnen Gestein). Die Kernfusion würde die Rohstoffabhängigkeit verringern, da der Brennstoff Tritium im Fusionskraftwerk aus geringen Mengen von Lithium selbst erzeugt werden könnte. Zur Erbrütung von Tritium gibt es jedoch noch viele ungelöste Fragen. Fragen und Antworten zur Kernfusion Wie funktioniert die Kernfusion? Ein Computerbild zeigt das erste Plasma aus der Experimentieranlage Wendelstein 7-X. © picture alliance / dpa | Stefan Sauer Vor etwa hundert Jahren wurde die Kernfusion als Energiequelle der Sonne entdeckt. Bei der Kernfusion werden zwei Atomkerne verschmolzen, im Gegensatz dazu werden bei der Kernspaltung ( AKW ) Atomkerne gespalten. Durch die Verschmelzung zweier Atomkerne kann Energie freigesetzt werden, bei der pro Reaktion im Vergleich zur Verbrennung fossiler Brennstoffe eine millionenfach höhere Energiefreisetzung stattfindet. Um den Kernfusionsprozess in einem Fusionsreaktor in Gang setzen zu können, muss das sogenannte Fusionsplasma, ein geeignetes Stoffgemisch auf sehr hohe Temperaturen erhitzt werden, für z.B. Deuterium- Tritium auf Temperaturen von über 100 Millionen Grad Celsius. Bisher ist es noch nicht gelungen, aus dem Kernfusionsprozess nutzbare Energie zu gewinnen. Wissenschaftler:innen weltweit forschen mehrheitlich an der sogenannten Deuterium-Tritium-Fusion (D-T Fusion), auf Basis der Magnetfusion. Das heißt, dass die Kernfusion technisch mittels eines Magnetfeldes realisiert werden soll. Bei der D-T Fusion werden die chemischen Elemente Deuterium (nicht radioaktiv) und das radioaktive Tritium als Brennstoffe verwendet. Deuterium und Tritium sind Isotope des Elements Wasserstoff. Zunehmend werden alternative Konzepte wie z.B. die Laserfusion für die Energieerzeugung verfolgt. Hierbei wird die Fusion nicht mittels eines Magnetfeldes, sondern mittels energiereicher Laser realisiert. Bei der Fusion eines D- und T-Kerns entsteht ein Helium-Kern und ein Neutron . Das Neutron trägt die freigewordene Energie in Form von Bewegungsenergie (Neutronenstrahlung). Die Energie des Helium-Kerns wird dazu verwendet, die Plasmatemperatur aufrecht zu erhalten, jedoch ist zusätzlich noch Heizenergie nötig. Zudem muss das Plasma durch ein Magnetfeld – im Fall der Magnetfusion - eingeschlossen werden. Die Fusionsreaktion verläuft dann im Plasma des erhitzten D- T -Gemischs, welches sich in einer Vakuumkammer befindet. Um dann Strom erzeugen zu können, soll die Energie des Neutrons bzw. der Neutronenstrahlung in speziellen Bauteilen, sogenannten Blanket, in Wärme umgewandelt werden. Die Wärme soll dann mittels eines Kühlmediums und durch Wärmetauscher eine Turbine zur Stromerzeugung antreiben – ähnlich wie in einem konventionellen AKW oder konventionellen fossilen Kraftwerken. Für ein mögliches Kraftwerk mit 1000 Megawatt elektrischer Leistung werden für die D- T Fusion die Brennstoffe Deuterium und Tritium jeweils in einer kleinen dreistelligen Kilogrammmenge pro Jahr veranschlagt; jedoch sind dies bislang nur Annahmen. (Quelle: „DEMO“-Projekt, Gianfranco Federici von EUROfusion; FEC 2023; 16.-21.10.2023, London, UK) Zum Vergleich: AKW benötigen jährlich rund 170 Tonnen Uran (= rund 80.000 Tonnen Gestein). Der Rohstoff Deuterium wird aus Wasser gewonnen. Das radioaktive und leicht flüchtige Wasserstoffisotop Tritium mit einer Halbwertszeit von 12,3 Jahren muss im Blanket erbrütet (=kernphysikalische Reaktion) werden. Wie das Erbrüten des Tritiums realisiert werden soll, dazu gibt es noch viele ungelöste technische Fragen. Welche radioaktiven Abfälle entstehen bei der Kernfusion? Obwohl es bei der Kernfusion auch darum geht, langlebige Abfälle zu vermeiden, werden dennoch radioaktive Stoffe mit längerlebigen Nukliden entstehen, vor allem dadurch, dass Neutronen auf bestimmte Legierungsbestandteile in den Bauteilen treffen. Deshalb fällt auch bei der Kernfusion schwach- ( LAW ) und zu einem geringen Anteil auch mittelradioaktiver Abfall ( MAW ) an. Hochradioaktiver Abfall entstünde nicht, was ein klarer Vorteil dieser Energieerzeugung gegenüber heutigen Atomkraftwerken wäre. Allein schon aufgrund seiner Größe ist bei Fusionsreaktoren insgesamt – sowohl im Betrieb, als auch im Rückbau - mit größeren Mengen dieser schwach- und mittelradioaktiven Reststoffen zu rechnen, als bei einem konventionellen Atomkraftwerk (Beispiel: Vakuumbehälter Fusionsreaktor „ITER“ ca. 5000t (ohne Einbauten); AKW -Reaktordruckbehälter ca. 500t). Unter anderem der radioaktive Brennstoff Tritium trägt zu einer größeren Abfallmenge bei, da sich Tritium leicht in Baumaterialien einlagert und dadurch mehr radioaktive Abfälle entstünden. Zu der großen Abfallmenge trägt zudem bei, dass wegen dem Verschleiß der Materialien damit gerechnet wird, dass manche Anlagenkomponenten teilweise oder ganz alle fünf bis zehn Jahre ausgetauscht werden müssen. Gemäß Studien würden z.B. für den Versuchsreaktor „DEMO“ von EUROfusion bei einer Lebensdauer von 20 Jahren potentiell bis zu 50.000 Tonnen radioaktive Abfälle anfallen, die zwischen- oder endgelagert werden müssten (Quelle: Committee on Radioactive Waste Management (CoRWM), November 2021, London, UK). Diese radioaktiven Reststoffe müssten abklingen und sicher verwahrt werden. Wiederum ein Teil davon müsste möglicherweise auch über einen längeren Zeitraum (>100 Jahre) hinaus sicher eingelagert werden. Klar ist also, dass bei der Kernfusion größere Mengen schwach- und zum Teil auch mittelradioaktive Abfälle entstehen werden, die sicher verwahrt werden müssen. In welchem Umfang Abfälle entstehen die dauerhaft sicher einlagert werden müssen, wird abhängig von den im Fusionsreaktor eingesetzten Materialien sein und ist Gegenstand von Forschung und Entwicklung. Welche Sicherheitsrisiken gibt es bei der Kernfusion? Das radioaktive Tritium , Bestandteil des Brennstoffs bei der D- T Fusion, ist ein radiologisches Risiko für das Personal eines möglichen Fusionsreaktors. Das Personal wäre zudem auch durch aktivierte Bauteile in einem solchen Reaktor belastet. Da bei der Kernfusion radioaktive Stoffe entstehen, bestehen also grundsätzlich radiologische Risiken für das Personal bei Betrieb, Wartung und Demontage von Anlagen. Im Vergleich zur Kernspaltung entstehen bei der Kernfusion jedoch wesentlich geringere Aktivitätsinventare bei Bauteilen und Materialien im Reaktor und auch keine hochradioaktiven Abfälle . Ein katastrophales Reaktorunglück, mit Folgen wie bei einem AKW , ist zudem praktisch nicht möglich, da das Fusionsplasma in einem Störfall selbstständig erlischt und im Gegensatz zu KKW keine Nennenswerte Nachwärmeproduktion erfolgt. Da bei der Kernfusion kein Spaltmaterial eingesetzt wird, ist das diesbezügliche von Anlagen zur Kernspaltung - beispielsweise Kernkraftwerken - unmittelbar ausgehende Proliferationsrisiko nicht gegeben. Jedoch stellt der Brennstoff Tritium eine wesentliche Komponente in modernen Kernwaffen dar. Zudem könnte ein Fusionsreaktor missbräuchlich für das Erbrüten von spaltbaren Materialien für den Kernwaffenbau verwendet werden. Mögliche Proliferationspotentiale gilt es somit zu beobachten und unter ein wirksames internationales Kontrollregime zu stellen. Welche Regeln könnten für künftige Fusionsreaktoren gelten? Fällt die Kernfusion unter Atomrecht? Stellaratorspule Wendelstein 7-AS im Zukunftsmuseum in München: Auch ein rechtlich bindendes Reglement für die Kernfusion ist Aufgabe für die Zukunft. © picture alliance/dpa | Daniel Karmann Ob zukünftige Fusionsreaktoren nach Atomrecht behandelt werden, ist noch offen. Der Versuchsreaktor „ITER“ in Frankreich ist bislang das einzige Projekt weltweit mit einem Bezug zur technisch nutzbaren Energieerzeugung. Jedoch geht es auch bei „ITER“ bislang rein um Fusionsleistung und nicht darum, Strom zu erzeugen. Alle anderen Fusionsprojekte haben noch keinen Bezug zur technisch nutzbaren Energieerzeugung, die Frage nach einem fusionsspezifischen Regelwerk hat sich bisher noch nicht gestellt. Großbritannien und die USA beabsichtigen jedoch, künftige Versuchsfusionsreaktoren nicht unter Atomrecht zu stellen. Aus regulatorischer Sicht sind bei der Kernfusion im Vergleich zur Kernspaltung die maximalen radiologischen Folgen eines Unfalls zwar erheblich kleiner anzusetzen, jedoch würden die Unterschiede zwischen einem Fusionsreaktor und einem Atomkraftwerk erfordern, dass das Regelwerk für den sicheren Bau, Betrieb, Stilllegung und Abbau für Fusionskraftwerke erheblich angepasst oder neu aufgesetzt wird. Zu diesem Schluss kommt die Gesellschaft für Reaktorsicherheit in einer 2022 veröffentlichten Studie, die von der Europäischen Atomgemeinschaft ( EURATOM ) in Auftrag gegeben wurde. Ein solches Regelwerk für die Kernfusion existiert bislang nicht. Die Internationale Atomenergie-Organisation ( IAEO ) beabsichtigt für die Kernfusion Sicherheitsstandards zu entwickeln. Auch hinsichtlich eines Proliferationsrisikos, das heißt dem Missbrauch von Kernfusionsanlagen für den Erwerb von Kernwaffen, diskutieren u.a. die Internationale Atomenergie-Organisation ( IAEO ) und wissenschaftliche Organisationen derzeit Konzepte zum Umgang hiermit. Es gibt bislang kein rechtlich bindendes Reglement.

Abschaetzung des Verlaufs und der Folgen schwerer Stoerfaelle mit Tritiumfreisetzungen im Fusionsreaktorkonzept - ITER-FEAT

Das Projekt "Abschaetzung des Verlaufs und der Folgen schwerer Stoerfaelle mit Tritiumfreisetzungen im Fusionsreaktorkonzept - ITER-FEAT" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) gGmbH durchgeführt. Unter massgeblicher Beteiligung Deutschlands und der EU wird in internationale Kooperation der Kernfusionsreaktor ITER (International Thermonclear Experimental Reactor) fuer experimentelle Untersuchungen entwickelt. Das Atomgesetz fordert in Paragraph 7 (2a) fuer Kernspaltungsanlagen, dass auch bei Ereignissen, einschneidende Schutzmassnahmen ausserhalb des Anlagegelaendes (z.B. Evakuierung) nicht erforderlich werden. Diese Anforderung muss auch als Mindeststandard fuer Kernfusionsanlagen gelten. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die Erfassung und Bewertung auslegungsueberschreitender Ereignisse bzw. Unfallablaeufe im derzeitigen Konzept des Fusionsreaktors ITER. Mit diesen Untersuchungen soll im Sinne des Atomgesetzes festgestellt werden, ob Ablaeufe ausgeschlossen werden koennen, die ausserhalb des Anlagengelaendes einschneidende Schutzmassnahmen erfordern wuerden. Es sollen dazu Abschaetzungen auf der Grundlage vorliegender technischer Informationen und frueheren Untersuchungen zu NET/ITER vorgenommen werden.

Strahlenschaeden in Reaktorstrukturmaterialien

Das Projekt "Strahlenschaeden in Reaktorstrukturmaterialien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Fachgebiet Energietechnik und Reaktoranlagen durchgeführt. Hohe Neutronenfluesse, die im Inneren von Schnellen Bruetern oder an der ersten Wand der projektierten Fusionsreaktoren auftreten, fuehren zu Strahlenschaeden, von denen das Volumenschwellen, bedingt durch Porenbildung im Material, von hoher Bedeutung fuer die Sicherheit und Rentabilitaet bestimmter Reaktorkonzeptionen ist. In nahezu allen Staaten, die sich mit Kernenergie beschaeftigen, versucht man deshalb, die zur Porenbildung fuehrenden Prozesse besser zu verstehen und schwellresistente Materialien zu entwickeln. Als eine geeignete Untersuchungsmethode hierfuer erwies sich die Simulation von Neutronenschaeden mit hochenergetischen schweren Ionen. Damit ist es moeglich, innerhalb einiger Minuten bis Stunden Strahlenschaeden zu erzeugen, wie sie im Reaktor erst nach Jahren auftreten. Neue Experimente ueber Diffusionsvorgaenge und das Verhalten von Ausscheidungen in NiCrAl-Legierungen bei Schwerionenbestrahlung sind in Vorbereitung. Dazu wurde ein neuer Targethalter konzipiert und gebaut, der schnelle Aufheiz- und Abkuehlvorgaenge erlaubt. Hierdurch werden unerwuenschte Ausheileffekte vermieden. Zur Untersuchung der Materialien wurde ein 100kV-Elektronenmikroskop installiert.

Fusionsexperiment ASDEX Upgrade

Das Projekt "Fusionsexperiment ASDEX Upgrade" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, Max-Planck-Institut für Plasmaphysik durchgeführt. Das Experiment soll Kernfragen der Fusionsforschung unter Fusionsanlage kraftwerksaehnlichen Bedingungen untersuchen. Dazu sind wesentliche Plasmaeigenschaften, vor allem die Plasmadichte, der Plasmadruck und die Belastung der Waende, den Verhaeltnissen in einem spaeteren Fusionskraftwerk angepasst. Eines der wesentlichen Probleme ergibt sich aus der Wechselwirkung zwischen dem heissen Brennstoff und den umgebenden Waenden. Dabei wird einerseits die Wand der Plasmakammer beschaedigt und andererseits das Plasma unerwuenscht verunreinigt. Um dem entgegenzuwirken, untersucht ASDEX Upgrade eine spezielle Magnetfeldanordnung, einen Divertor. Der Divertor lenkt die aeussere Randschicht des Plasmas auf Prallplatten ab. Die Plasmateilchen treffen dort abgekuehlt und vom heissen Zentrum entfernt auf und werden abgepumpt. Auf diese Weise werden auch stoerende Verunreinigungen aus dem Plasma entfernt, zugleich wird die Wand des Plasmagefaesses geschont und eine gute Waermeisolation des Brennstoffes erreicht. Die durch den Divertor moegliche Modellierung des Plasmarandes erlaubt es damit, die zentralen plasmaphysikalischen Problemfelder -Plasmareinheit, Plasmaeinschluss und Plasma-Wand-Wechselwirkung - guenstig zu beeinflussen. Seit April 1997 ist ein verbesserter Divertor in Betrieb, der auf der Basis der bisherigen Experimente und numerischer Modellierungen entworfen wurde. Der neue Divertor II besitzt vertikale Prallplatten, die die auftreffende Leistung besser verteilen und die Plasmateilchen auch staerker in das Plasma zurueck reflektieren. Damit erarbeitet ASDEX Upgrade wesentliche Kenntnisse fuer den naechsten Schritt auf dem Weg zu einem Fusionskraftwerk - den Testreaktor ITER, der erstmals ein gezuendetes Plasma realisieren soll. Die an ASDEX Upgrade beobachtete starke Kopplung des Plasmainneren mit den Bedingungen am Plasmarand macht es auch moeglich, das Plasmazentrum vom Rand her zu optimieren und den Einschluss zu verbessern. Zusaetzlich wird untersucht, inwieweit Betriebsweisen, bei denen das Profil des Plasmastroms beeinflusst wird ('advanced tokamak'), mit dem Divertor vertraeglich sind. Hierzu wird mit Hochfrequenzwellen oder Teilcheneinschuss ein zusaetzlicher Plasmastrom erzeugt. Je nach Stromprofil kann eine Transportbarriere entstehen die die Plasmaverluste nach aussen stark verringert und die Werte im Plasmazentrum verbessert. ASDEX Upgrade wird versuchen, solche Bedingungen im Divertorbetrieb erstmals quasi stationaer (d.h. fuer einige Sekunden) zu erzeugen.

Verfolgung sicherheitstechnischer Fragestellungen von Fusionsanlagen zur Erzeugung elektrischer Energie

Das Projekt "Verfolgung sicherheitstechnischer Fragestellungen von Fusionsanlagen zur Erzeugung elektrischer Energie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) gGmbH durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Verfolgung aktueller Entwicklungen auf dem Gebiet der Fusionstechnologie und die Identifikation sicherheitstechnischer Fragestellungen. Folgende Arbeiten sind im Rahmen des Vorhabens vorgesehen: - Darstellung derzeit verfolgter Konzepte zu Fusionsanlagen - Darstellung der sicherheitsrelevanten Systeme am Beispiel von ITER und aktuellen Diskussionen zu EU-DEMO - Zusammenstellung möglicher Störfallszenarien von Fusionsanlagen - Quelltermabschätzung bei Stör- und Unfällen (neben Tritium Berücksichtigung von radioaktivem Staub im Vakuumgefäß und aktivierten Korrosionsprodukten), sowie Freisetzungen von Tritium im Normalbetrieb aufgrund dessen hoher Permeabilität. - Einschätzung und Einordnung des Gefährdungspotentials von Fusionsanlagen und Diskussion zu den Auswirkungen auf den regulatorischen Rahmen. Das beschriebene Vorhaben baut auf Erkenntnissen aus bereits abgeschlossenen und zum Teil laufenden Vorhaben auf. Insbesondere soll der im Rahmen des Vorhabens 3611R01353 erhobene Sachstand aktualisiert werden, in dessen Rahmen die damaligen Projektpartnern IPP, KIT, Öko-Institut e.V. und GRS eine Literaturstudie zum Thema Sicherheit von Fusionskraftwerken hinsichtlich nuklearer Stör- und Unfälle durchführten.

Fusionsexperiment WENDELSTEIN 7-X

Das Projekt "Fusionsexperiment WENDELSTEIN 7-X" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, Max-Planck-Institut für Plasmaphysik durchgeführt. Ziel der Kernfusionsforschung ist es, die Energieproduktion der Sonne auf der Erde nachzuvollziehen: Ein Fusionskraftwerk soll Energie aus der Verschmelzung (Fusion) von Atomkernen gewinnen. Brennstoff ist ein duennes ionisiertes Gas, ein sogenanntes 'Plasma' aus den Wasserstoffsorten Deuterium und Tritium. Zum Zuenden des Fusionsfeuers muss das Plasma in Magnetfeldern eingeschlossen und auf hohe Temperaturen ueber 100 Millionen Grad aufgeheizt werden. In Fusionsexperimenten vom Typ 'Stellarator' wird das Plasma durch Magnetfelder eingeschlossen, die durch Magnetspulen ausserhalb des Plasmabereichs erzeugt werden. Weltweit sind die meisten der heute betriebenen Fusionsexperimente dagegen vom Typ 'Tokamak', die einen Teil des Feldes durch einen starken, im Plasma fliessenden elektrischen Strom herstellen. Das Stellaratorprinzip laesst jedoch gerade dort Staerken erwarten, wo die Tokamaks Schwaechen zeigen. Zum Beispiel sind Stellaratoren fuer Dauerbetrieb geeignet, waehrend Tokamaks ohne aufwendige Zusatzeinrichtungen nur pulsweise arbeiten. Stellaratoren koennten also die vorteilhaftere Loesung fuer ein Fusionskraftwerk sein. Kernstueck des Experimentes ist das Spulensystem aus 50 nicht-ebenen und supraleitenden Magnetspulen. Mit ihrer Hilfe soll WENDELSTEIN 7-X die wesentliche Stellaratoreigenschaft zeigen, den Dauerbetrieb. Der erzeugte Magnetfeldkaefig soll ein Plasma einschliessen, das mit Temperaturen bis 50 Millionen Grad ueberzeugende Schluesse auf die Kraftwerkseigenschaften der Stellaratoren ermoeglicht, ohne ein bereits energielieferndes Fusionsplasma herzustellen. Da sich die Eigenschaften eines gezuendeten Plasmas vom Tokamak zum grossen Teil auf Stellaratoren uebertragen lassen, kann das Experiment mit grosser Kostenersparnis auf den Einsatz des radioaktiven Fusionsbrennstoffes Tritium verzichten.

Kupfer-Keramik-Verbundwerkstoffe mit Durchdringungsstruktur (CuSiC)

Das Projekt "Kupfer-Keramik-Verbundwerkstoffe mit Durchdringungsstruktur (CuSiC)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Aalen, Hochschule für Technik und Wirtschaft, Institut für Materialforschung durchgeführt. Das Vorhaben befasst sich mit neuen Metall-Keramik-Verbundwerkstoffen für die Langzeitanwendung als leistungsfähige Wärmeleiter im Bereich Leistungselektronik und Fusionsreaktortechnik. Ziel des Vorhabens ist die Erforschung von neuen thermisch hochleitfähigen Kupfer-Keramik-Verbund-Werkstoffen mit Durchdringungsstruktur. Dabei sollen speziell angepasste Prüftechniken zur Ermittlung der thermozyklischen Degradation eingesetzt werden. Zunächst soll sich das Vorhaben auf Kuper-Aluminiumoxid-Verbundwerkstoffe konzentrieren, die an der HTW Aalen bereits in kleinen Mengen erfolgreich hergestellt werden konnten. Mittels verbesserter Anlagentechnik sollen diese dort in größerem Umfang und in reproduzierbarer Qualität hergestellt werden. Am KIT werden dort etablierte Charakterisierungsmethoden eingesetzt, um an Miniaturproben mit Abmessungen im Bereich von 5 bis 50 mm das Schädigungsverhalten unter thermozyklischer Beanspruchung zu erforschen. Im Fokus steht insbesondere die Wechselwirkung zwischen mechanischen und thermophysikalischen Eigenschaften. Parallel hierzu sollen an der HTW Aalen Kupfer-Siliziumkarbid-Verbundwerkstoffe mit Durchdringungsgefüge entwickelt und hergestellt werden, die wegen der höheren Wärmeleitfähigkeit von Siliziumkarbid ein noch attraktiveres Verbundverhalten versprechen. Auch diese Werkstoffe sollen hinsichtlich der Prozess-Gefüge-Eigenschaftsbeziehungen untersucht werden.

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