Numerische Simulation von Fusions Plasmen

Die Erzeugung von Energie durch Kernfusion ist einer der Forschungsschwerpunkte der Europäischen Gemeinschaft. Mit hoher Wahrscheinlichkeit wird im sechsten Rahmenprogramm der erste Fusionsreaktor mit hoher Leistungsverstärkung, genannt ITER-FEAT, realisiert werden. Österreich nimmt an der Fusionsforschung durch die EURATOM-ÖAW Assoziation teil, die die Aktivitäten der einzelnen Laboratorien koordiniert. Die Austrian Research Centers Seibersdorf (ARCS) befassen sich mit der numerischen Simulation von Fusionsplasmen. Neulich wurde ein Regime entdeckt, bei dem der Einschluss des Plasmas durch ein besonderes Profil des Plasmastromes signifikant erhöht wird. Der Plasmastrom wird zum Teil durch Einschuss von Radiofrequenz oder von energiereichen Teilchen, zum Teil durch einen Strom, der - unter bestimmten Umständen - aus dem Plasma selbst kommt und als Münchhausenstrom bezeichnet wird, erzeugt. Das hohle Profil des Plasmastroms erzeugt also quasi ein interne Transportbarriere (ITB). Um dieses Regime auf ITER-FEAT anwenden zu können, sind prädiktive (voraussagende) Simulationen erforderlich. Zur Durchführung dieser Aufgabe sind Computerprogramme mit realistischen physikalischen Modellen für den Plasmeinschluss, die im Einklang mit den Experimenten stehen, Voraussetzung. Die bedeutendste experimentelle Anlage ist der von der EC betriebene JET-Tokamak in England. Weitere wichtige Maschinen sind Tore-Supra (Cadarache, F) und ASDEX-UPGRADE (Max Planck Institut, IPP). Das Hauptinteresse der ARCS-Gruppe gilt der Modellierung des Brennstoffzufuhr in das Plasma. Eine vielversprechende Methode ist der Einschuss von Pellets. Diese sind gefrorene Kügelchen, die aus Deuterium und Tritium bestehen und mit hohen Geschwindigkeiten in das heisse Plasma eingeschossen werden. Durch Wechselwirkung mit dem Plasma werden die Pellets aufgelöst und in Plasma umgewandelt. Dadurch werden die Verluste an Brennstoff infolge von Fusionsreaktionen und Diffusion kompensiert. Es ist Ziel des vorgeschlagenen Projektes, die physikalischen Modelle in existierenden Computercodes zu verbessern und an Experimenten zu validieren. Wir interssieren uns insbesondere für die Brennstoffversorgung von Plasmen mit ITB. Vor allem muss sichergestellt werden, ob die derzeit technisch realisierbaren Einschussgeschwindigkeiten der Pellets ausreichen, um die erforderlichen Eindringtiefen der Pellets in das Plasma zu erreichen. Die Resultate sind für prädiktive Rechnungen für ITER-FEAT von großem Nutzen. Das Projekt wird in Zusammenarbeit mit unseren Partnern von JET, IPP und Cadarache durchgeführt.