Kraftwerke mit Fusionsreaktoren gelten als Hoffnungsträger für eine saubere Energiezukunft. „In den letzten Jahren wurden spektakuläre Fortschritte bei der Erzeugung und Handhabung von Fusionsplasmem erzielt“, sagt Dr. Thomas Giegerich vom Institut für Technische Physik (ITEP) des KIT. „Viele Fragen des praktischen Betriebs bleiben aber ungelöst.“ Das gelte zum Beispiel für den Brennstoffkreislauf in Stellaratoren, einem Reaktortyp, bei dem das Plasma in einem verdrehten Magnetfeld so eingeschlossen wird, dass ein Dauerbetrieb möglich ist.
„Bisher gibt es kein Konzept für die Handhabung des Brennstoffs in einem zukünftigen Fusionskraftwerk“, betont Giegerich. „Es existiert auch keine Anlage, mit der ein solcher Brennstoffkreislauf validiert werden könnte.“ Beides soll nun in dem vom KIT koordinierten Projekt SyrVBreTT (steht für: Synergie-Verbund Brennstoffkreislauf und Tritium Technologien) in einem Konsortium direkt mit der Industrie realisiert werden.
Integrierte Entwicklung des Brennstoffkreislaufs
Fusionskraftwerke benötigen als Brennstoff ein Gemisch aus den Wasserstoffisotopen Deuterium und Tritium, das im Reaktor zu Helium umgesetzt wird. Damit der Heliumanteil im Fusionsplasma nicht zu stark ansteigt, muss das Reaktionsgemisch im Stellarator kontinuierlich abgepumpt, gereinigt und dann zusammen mit neuem Brennstoff injiziert werden. Die Gesamtheit der hierfür erforderlichen Systeme wird als innerer Brennstoffkreislauf bezeichnet. Weil das für die Fusionsreaktion benötigte Tritium aufgrund seiner geringen Halbwertszeit von wenigen Jahren nicht direkt in der Natur vorkommt, muss es in sogenannten Brutblankets technisch erzeugt werden. Alle dafür erforderlichen Systeme werden als äußerer Brennstoffkreislauf bezeichnet. „In unserem Projekt entwickeln wir die für beide Kreisläufe notwendigen technischen Komponenten wie Pumpen, Speicherbetten und Pellet-Injektionssysteme“, so Giegerich.
Um Schnittstellenprobleme bei den einzelnen Komponenten zu vermeiden, werden innerer und äußerer Brennstoffkreislauf dabei gemeinsam und aufeinander abgestimmt entwickelt. Ergänzend soll durch gezielte Simulationen und experimentelle Untersuchungen sichergestellt werden, dass die Technologien realitätsnah validiert werden können. „Bei uns am KIT entsteht dafür eine Fuel Cycle Test Facility, in der alle relevanten Systeme unter realen Bedingungen geprüft werden können“, sagt Giegerich. Das sei ein entscheidender Schritt, um den Übergang vom Experiment zur praktischen Anwendung zu ermöglichen.
