Culham Center für Fusionsenergie

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Das Culham Center für Fusionsenergie ((CCFE) ist das britische nationale Labor für Fusionsforschung. Es befindet sich an der Culham Science Center, in der Nähe von Culham, Oxfordshire, und ist der Standort des Joint European Torus (JET), des Mega Ampere Spherical Tokamak (MAST) und des jetzt geschlossenen Small Tight Aspect Ratio Tokamak (START).

Früher als UKAEA Culham bekannt, wurde das Labor im Oktober 2009 im Rahmen organisatorischer Änderungen bei seiner Muttergesellschaft, der britischen Atomenergiebehörde (UKAEA), umbenannt.[1]

Seit 2016 ist der Direktor Professor Ian Chapman, und das Zentrum arbeitet an der endgültigen detaillierten Gestaltung des ITER sowie an den Vorarbeiten zur Unterstützung der DEMO.

2014 wurde angekündigt, dass das Zentrum das neue RACE (Remote Applications in Challenging Environments) beherbergen wird.

Culham Science Center[edit]

Das Zentrum befindet sich auf dem Gelände des ehemaligen Flugplatzes der Royal Navy, RNAS Culham (HMS Hornbill), der 1960 an die UKAEA übertragen wurde. Die UKAEA betreibt das Gelände weiterhin und ist der Hauptmieter.

Neben CCFE beherbergt das Zentrum den Hauptsitz der UKAEA und beherbergt viele kommerzielle und andere Organisationen.

Es ist auch die Heimat des Upper Thames Valley Sunday League Fußballclubs JET FC

Geschichte[edit]

Die UKAEA eröffnete 1965 offiziell das Culham Laboratory, nachdem sie ihre Fusionsforschungsaktivitäten vom nahe gelegenen Harwell-Forschungsstandort verlegt hatte. Culham hat auch Fusionsaktivitäten in Aldermaston und anderen britischen Standorten zusammengelegt, um ein nationales Zentrum für Fusionsforschung zu bilden. John Adams, der später Generaldirektor des CERN werden sollte, wurde zum ersten Direktor des Labors ernannt.

Culham baute in den ersten zwei Jahrzehnten fast 30 verschiedene Experimente auf, als verschiedene Fusionskonzepte ausprobiert wurden. darunter Stoßwellen, Magnetspiegelmaschinen, Stellaratoren und Levitrons. In den 1970er Jahren konzentrierte sich die Forschung auf die Fusion mit magnetischem Einschluss unter Verwendung der Tokamak-Vorrichtung, die sich als das vielversprechendste Design für einen zukünftigen Fusionsreaktor herausgestellt hatte. In den späten 1960er Jahren hatten Culham-Wissenschaftler bereits bei der Tokamak-Entwicklung mit Hilfe von Laserstreuungs-Messtechniken geholfen, um die vielversprechenden Ergebnisse des russischen T3-Geräts zu überprüfen.[2] Dies führte zur Einführung des Tokamak durch die Mehrheit der internationalen Fusionsforschungseinrichtungen.

Nach langwierigen Verhandlungen wurde Culham 1977 als Standort für den gemeinsamen europäischen Torus-Tokamak (JET) ausgewählt.[3] Die Bauarbeiten begannen 1978 und wurden pünktlich und im Rahmen des Budgets mit dem ersten Plasma im Juni 1983 abgeschlossen. Seitdem hat die Maschine eine Reihe von Fusionsmeilensteinen gesetzt, darunter die erste Demonstration der kontrollierten Deuterium-Tritium-Fusionskraft (1991) und die Rekord-Fusionsleistung von 16 Megawatt (1997).[4] Ursprünglich wurde die JET-Anlage von einem multinationalen Team als eigenständige Einheit am Standort Culham im Rahmen der JET Joint Undertaking-Vereinbarung betrieben. Seit dem Jahr 2000 ist die UKAEA im Auftrag ihrer europäischen Forschungspartner im Rahmen eines Vertrags mit der Europäischen Kommission für den Betrieb von JET verantwortlich.

In den 1980er Jahren war das Culham Laboratory maßgeblich an der Entwicklung des sphärischen Tokamak-Konzepts beteiligt – einer kompakteren Version des Tokamaks, bei der Plasma in einem engeren Magnetfeld in Form eines Kernapfels anstelle der herkömmlichen toroidalen Konfiguration gehalten wird. Es wird angenommen, dass dies potenzielle Vorteile bietet, indem kleinere, effizientere Fusionsvorrichtungen ermöglicht werden. Das START-Experiment (Small Tight Aspect Ratio Tokamak) in Culham (1991-1998) war das erste sphärische Tokamak in voller Größe. Seine beeindruckende Leistung führte zum Bau eines größeren Geräts, MAST (Mega Amp Spherical Tokamak), das zwischen 2000 und 2013 betrieben wurde.

Direktoren[edit]

Aktuelle Aktivitäten[edit]

UK Fusionsprogramm[edit]

CCFE verfügt über ein breit gefächertes Aktivitätenprogramm, das Tokamak-Plasmaphysik, technologische Entwicklungen für das DEMO-Prototyp-Fusionskraftwerk, die Entwicklung von Materialien für eine Fusionsumgebung, technische Aktivitäten, die Ausbildung von Studenten, Absolventen und Lehrlingen sowie Öffentlichkeitsarbeit und Industrie umfasst Aktivitäten.

Sie nimmt auch an einem koordinierten europäischen Programm teil, das vom EUROfusion-Konsortium von Forschungsinstituten verwaltet wird. Der Schwerpunkt liegt auf der Bereitstellung des europäischen Fusionsfahrplans mit dem Ziel, bis 2050 Fusionsstrom zu erzielen.

CCFE ist an einer Reihe anderer internationaler Kooperationen beteiligt, insbesondere am ITER-Tokamak, der in Cadarache in Frankreich gebaut wird. CCFE leistet nicht nur einen Beitrag zu wissenschaftlichen Vorbereitungen für ITER mit plasmaphysikalischen Experimenten in Culham, sondern entwickelt auch Technologien für das Projekt – wie Fernhandhabungsanwendungen, spezielle Heizsysteme und Instrumente für Plasmamessungen („Diagnostik“).

MAST Upgrade[edit]

Der Schwerpunkt des britischen Inlandsfusionsprogramms liegt auf MAST Upgrade – einem leistungsstärkeren und besser ausgestatteten Nachfolger des Mega Ampere Spherical Tokamak. MAST Upgrade befindet sich derzeit im Bau und wird voraussichtlich 2019 mit der Inbetriebnahme beginnen.

Das MAST-Upgrade wird in drei Schritten implementiert. Mit dem Forschungsrat für Ingenieurwissenschaften und Physikalische Wissenschaften wurde eine Finanzierung für das Kern-Upgrade (Stufe 1a) vereinbart, das 2019 für den Plasmabetrieb bereit sein wird. Zwei weitere Phasen (Stufe 1b und Stufe 2) werden in späteren Jahren vorbehaltlich der Finanzierung folgen.

MAST Upgrade hat drei Hauptmissionen:

  1. Machen Sie sich für eine Fusion Component Test Facility (CTF) stark. Ein CTF würde Reaktorsysteme auf DEMO testen, und ein kugelförmiger Tokamak wird als ideales Design für die Anlage angesehen.
  2. Erweitern Sie die Wissensbasis für ITER und helfen Sie bei der Lösung wichtiger Probleme der Plasmaphysik, um den Erfolg sicherzustellen.
  3. Reaktorsysteme testen. MAST Upgrade ist der erste Tokamak, der den innovativen Super-X-Divertor testet – ein Hochleistungs-Abgassystem, das die Leistungsbelastung durch Partikel reduziert, die das Plasma verlassen. Bei Erfolg könnte Super-X in DEMO und anderen zukünftigen Fusionsgeräten verwendet werden.

Gemeinsamer europäischer Torus (JET)[edit]

CCFE ist im Auftrag von EUROfusion für den Betrieb und die Sicherheit der JET-Einrichtungen verantwortlich. Die Ingenieure stellen außerdem sicher, dass das JET-Gerät gewartet und aktualisiert wird, um den Anforderungen des Forschungsprogramms gerecht zu werden. Upgrades werden größtenteils mit einem ausgeklügelten Fernbedienungssystem durchgeführt, bei dem keine manuelle Eingabe erforderlich ist. In den Jahren 2009-2011 haben beispielsweise Ingenieure für die Fernabfertigung das Innere von JET entfernt, um eine neue Innenwand mit 4.500 Fliesen einzubauen, damit Forscher Materialien für den bevorstehenden ITER-Tokamak testen können.

Darüber hinaus nimmt CCFE zusammen mit den anderen 28 EUROfusion-Forschungsorganisationen in ganz Europa am wissenschaftlichen Programm JET teil.

Finanzierung[edit]

Die Finanzierung des inländischen Fusionsprogramms von CCFE erfolgt durch einen Zuschuss des Forschungsrats für Ingenieurwissenschaften und Physikalische Wissenschaften. Der Betrieb von JET wird im Rahmen eines bilateralen Vertrags zwischen der britischen Atomenergiebehörde und der Europäischen Kommission finanziert, der bis Ende 2018 läuft.

Auswirkung des Brexit[edit]

In einem BBC-Nachrichtenbericht vom 29. November 2016 heißt es: “Seit der Abstimmung über den Brexit sind viele im Zentrum angesichts der Unsicherheit über die künftige Finanzierung und die Freizügigkeit ‘extrem nervös’ geworden. Fünf Forscher sind bereits mit anderen nach Kontinentaleuropa zurückgekehrt über ihre Positionen nachdenken “.[6]

Verweise[edit]

  1. ^ “Start des Culham Center for Fusion Energy”, Culham Center for Fusion Energy, 31. Oktober 2009
  2. ^ Forrest, Michael (2011) Laser über die Kirschplantagen, Tandem Press, ISBN 978-0-9568557-0-1
  3. ^ Clery, Daniel (2013) Ein Stück Sonne, Duckworth Overlook, London, S. 143-146, ISBN 978-0-7156-4525-3
  4. ^ “Die DT-Schüsse sind auf der ganzen Welt zu hören”, ITER Magazine, Dezember 2013
  5. ^ http://www.ccfe.ac.uk/Key_staff.aspx
  6. ^ Shukman, David. “Das britische Kernfusionslabor steht vor einer ungewissen Zukunft”. BBC News. BBC. Abgerufen 6. Februar 2018.

Externe Links[edit]