Basistechnologien für die Fusion – auf dem Weg zu einem Fusionskraftwerk

HeatQIS

Mikrowellen-Plasmaheizung für das Stellarator-Kraftwerk

Motivation

Die Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Heizung (englisch: Electron Cyclotron Resonance Heating, ECRH) ist die dominierende Methode zur Plasmaheizung und zur Plasmastabilisierung für alle zukünftigen Fusionsexperimente und -kraftwerke, die auf dem Prinzip des magnetischen Einschlusses basieren. Dauerstrichleistungen von einigen 10 Megawatt (MW) bis über 100 Megawatt (MW) bei Frequenzen von 100 Gigahertz (GHz) bis über 200 Gigahertz (GHz) werden hierzu benötigt. Das gilt auch für die geplanten Stellaratoren Proxima Alpha und Proxima Beta, die auf dem innovativenQuasi-Isodynamischen (englisch: Quasi-Isodynamic, QI) Stellarator-Konzept (Stellaris) von Proxima Fusion basieren. Beide Stellaratoren sollen bei Magnetfeldern von größer 8 Tesla (T) für den Plasmaeinschluss betrieben
werden. Dementsprechend werden Betriebsfrequenzen von 240 GHz für die ECRH benötigt. Heutige Heizsysteme arbeiten bei maximal 170 GHz (ITER).

Ziele und Vorgehen

Das Ziel des Verbundprojekts ist die Schaffung der notwendigen Basistechnologien für die ECRH, insbesondere mit Bezug auf die Elektronenröhren (Gyrotrons) die als Quellen zur Erzeugung der Mikrowellenleistung im Megawatt-Leistungsbereich benötigt werden.
Erkenntnisse aus dem Verbundprojekt werden unmittelbar in die Planung und Entwicklung des ersten Demonstrationskraftwerks, Proxima Alpha, eingehen. Dazu gehören insbesondere auch die Erkenntnisse zur industriellen Fertigbarkeit.

Innovation und Perspektiven

Insgesamt werden drei Punkte im Vorhaben konkret adressiert: (i) der Nachweis einer Machbarkeit für industriell gefertigte Gyrotrons mit einer Ausgangsleistung von deutlich mehr als einem Megawatt (Ziel: 1,7 MW) bei einer Betriebsfrequenz um 240 GHz, einschließlich eines Designkonzepts für einen kompakt und kostengünstig herzustellenden Gyrotron-Magneten, dessen Spulen erstmalig aus Hochtemperatur (HTS)-Material bestehen soll; (ii) die Weiterentwicklung von industriell gefertigten CVD-Diamantscheiben für Torus- und Gyrotronfenster hin zu höherer Qualität, insbesondere Bruchfestigkeit, und (iii) das grundsätzliche Konzept für die Antenne bzw. Einkopplung, über welche die Millimeterwellen in das Plasma eingekoppelt werden sollen.

PROJEKTDETAILS

Projektlaufzeit: 01.12.2025 – 30.11.2028
Projektvolumen: 9,5 Mio. Euro (zu 84,2 % durch das BMFTR gefördert)

PROJEKTKOORDINATION

Prof. Dr.-Ing. John Jelonnek
Karlsruher Institut für Technologie
Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
76344 Eggenstein-Leopoldshafen

✉ john.jelonnek@kit.edu

PROJEKTPARTNER

Proxima Fusion GmbH
München

Karlsruher Institut für Technologie
Karlsruhe

Karlsruher Institut für Technologie
Eggenstein-Leopoldshafen

Diamond Materials GmbH & Co. KG
Freiburg im Breisgau