ITER Internationaler thermonuklearer Versuchsreaktor für Kernfusion

ITER Internationaler thermonuklearer Versuchsreaktor für Kernfusion

Was ist ITER?

ITER (“Der Weg” auf Lateinisch) ist eines der ehrgeizigsten Energieprojekte der heutigen Welt.

In Südfrankreich arbeiten 35 Nationen* zusammen, um den weltgrößten Tokamak zu bauen, eine Magnetfusionsanlage, die die Machbarkeit der Fusion als großtechnische und kohlenstofffreie Energiequelle beweisen soll, die auf demselben Prinzip beruht, das auch unsere Sonne und die Sterne antreibt. Die ITER-Mitglieder – China, die Europäische Union, Indien, Japan, Korea, Russland und die Vereinigten Staaten – arbeiten nun 35 Jahre lang zusammen, um die ITER-Versuchsanlage zu bauen und zu betreiben und gemeinsam die Fusion so weit zu bringen, dass ein Demonstrations-Fusionsreaktor entworfen werden kann.

ITER wird die erste Fusionsanlage sein, die Nettoenergie erzeugt. ITER wird die erste Fusionsanlage sein, die die Fusion über lange Zeiträume aufrechterhält. Und ITER wird die erste Fusionsanlage sein, die die integrierten Technologien, Materialien und physikalischen Systeme testet, die für die kommerzielle Produktion von Elektrizität auf Fusionsbasis notwendig sind.

WAS WIRD ITER LEISTEN?

1) 500 MW Fusionsenergie erzeugen
Der Weltrekord für Fusionsleistung wird von dem europäischen Tokamak JET gehalten. Im Jahr 1997 produzierte JET 16 MW an Fusionsleistung aus einer Gesamtheizleistung von 24 MW (Q=0,67). ITER ist darauf ausgelegt, eine zehnfache Energieausbeute (Q=10) zu erzeugen, also 500 MW Fusionsleistung aus 50 MW zugeführter Heizleistung. ITER wird die Energie, die er produziert, nicht als Elektrizität einfangen, aber – als erstes aller Fusionsexperimente in der Geschichte, das einen Netto-Energiegewinn produziert – wird es den Weg für die Maschine bereiten, die das kann.

2) Erreichen eines Deuterium-Tritium-Plasmas, in dem die Reaktion durch interne Heizung aufrechterhalten wird
Die Fusionsforschung steht heute an der Schwelle zur Erforschung eines “brennenden Plasmas” – eines Plasmas, in dem die Wärme aus der Fusionsreaktion effizient genug innerhalb des Plasmas eingeschlossen ist, um die Reaktion für eine lange Dauer aufrechtzuerhalten. Die Wissenschaftler sind zuversichtlich, dass die Plasmen in ITER nicht nur viel mehr Fusionsenergie erzeugen, sondern auch für längere Zeiträume stabil bleiben werden.

3) Tritiumzucht testen
Eine der Aufgaben für die späteren Phasen des ITER-Betriebs ist es, die Machbarkeit der Tritiumproduktion innerhalb des Vakuumgefäßes zu demonstrieren. Das weltweite Angebot an Tritium (das zusammen mit Deuterium als Brennstoff für die Fusionsreaktion verwendet wird) reicht nicht aus, um den Bedarf zukünftiger Kraftwerke zu decken. ITER wird eine einzigartige Gelegenheit bieten, Mockups von Tritium-Brutdecken innerhalb des Gefäßes in einer realen Fusionsumgebung zu testen.

WAS IST FUSION?

Fusion ist die Energiequelle der Sonne und der Sterne. In der enormen Hitze und Schwerkraft im Kern dieser Himmelskörper kollidieren Wasserstoffkerne, verschmelzen zu schwereren Heliumatomen und setzen dabei enorme Energiemengen frei.

Die Fusionswissenschaft des 20. Jahrhunderts identifizierte die effizienteste Fusionsreaktion in der Laborumgebung als die Reaktion zwischen zwei Wasserstoffisotopen, Deuterium (D) und Tritium (T). Die DT-Fusionsreaktion erzeugt den höchsten Energiegewinn bei den “niedrigsten” Temperaturen.

Um die Fusion im Labor zu erreichen, müssen drei Bedingungen erfüllt sein: eine sehr hohe Temperatur (in der Größenordnung von 150.000.000° Celsius), eine ausreichende Dichte der Plasmateilchen (um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass es zu Kollisionen kommt) und eine ausreichende Einschlusszeit (um das zur Ausdehnung neigende Plasma in einem definierten Volumen zu halten).

Bei extremen Temperaturen werden die Elektronen von den Kernen getrennt und ein Gas wird zu einem Plasma – oft als vierter Zustand der Materie bezeichnet. Fusionsplasmen bieten die Umgebung, in der leichte Elemente fusionieren und Energie liefern können.

In einer Tokamak-Anlage werden starke Magnetfelder verwendet, um das Plasma einzuschließen und zu kontrollieren.

WAS IST EIN TOKAMAK?

Visualisierung mit freundlicher Genehmigung von Jamison Daniel, Oak Ridge Leadership Computing Facility

Kraftwerke basieren heute entweder auf fossilen Brennstoffen, Kernspaltung oder erneuerbaren Quellen wie Wind oder Wasser. Unabhängig von der Energiequelle erzeugen die Kraftwerke Elektrizität, indem sie mechanische Kraft, z. B. die Rotation einer Turbine, in elektrische Energie umwandeln. In einem kohlebefeuerten Dampfkraftwerk wird durch die Verbrennung von Kohle Wasser in Dampf verwandelt, der wiederum Turbinengeneratoren antreibt, um Strom zu erzeugen.

Der Tokamak ist eine experimentelle Maschine, die entwickelt wurde, um die Energie der Kernfusion nutzbar zu machen. Im Inneren eines Tokamaks wird die durch die Verschmelzung von Atomen erzeugte Energie als Wärme in den Wänden des Gefäßes absorbiert. Genau wie ein konventionelles Kraftwerk nutzt ein Fusionskraftwerk diese Wärme, um Dampf und anschließend über Turbinen und Generatoren Strom zu erzeugen.

Das Herzstück eines Tokamaks ist seine donutförmige Vakuumkammer. Darin wird unter dem Einfluss von extremer Hitze und Druck gasförmiger Wasserstoffbrennstoff zu einem Plasma – genau die Umgebung, in der Wasserstoffatome zur Verschmelzung und Energiegewinnung gebracht werden können. Die geladenen Teilchen des Plasmas können durch die massiven Magnetspulen, die um das Gefäß herum angeordnet sind, geformt und kontrolliert werden; die Physiker nutzen diese wichtige Eigenschaft, um das heiße Plasma von den Gefäßwänden weg zu begrenzen. Der Begriff “Tokamak” kommt von einem russischen Akronym, das für “toroidale Kammer mit Magnetspulen” steht.

Erstmals von der sowjetischen Forschung in den späten 1960er Jahren entwickelt, hat sich der Tokamak weltweit als die vielversprechendste Konfiguration eines Magnetfusionsgeräts durchgesetzt. ITER wird der größte Tokamak der Welt sein – doppelt so groß wie die größte derzeit in Betrieb befindliche Maschine, mit dem zehnfachen Volumen der Plasmakammer.

WANN WERDEN DIE EXPERIMENTE BEGINNEN?

ITERs erstes Plasma ist für Dezember 2025 geplant.

Das wird das erste Mal sein, dass die Maschine eingeschaltet wird, und der erste Akt von ITERs mehr Jahrzehnte dauerndem Betriebsprogramm.
Sehen Sie sich die Vorbereitungsarbeiten für dieses riesige Projekt auf YouTube an.

ITER-Zeitleiste

Dez 2025                   Erstes Plasma

2025-2035                 Schrittweises Hochfahren der Maschine

2035                           Deuterium-Tritium-Betrieb beginnt

Wir laden Sie ein, die ITER-Website zu erkunden, um weitere Informationen über die Wissenschaft von ITER, die internationale Zusammenarbeit bei ITER und das groß angelegte Bauprojekt in Saint Paul-lez-Durance, Südfrankreich, zu erhalten.

STS bietet hochpräzise Drucksensoren für diese spezielle Anwendung.

OEM Transducer mit integrierter Temperaturkompensation

Anwendung

Mehr über die Anwendung ➔ Kompetenzplattform

Wesentliche Merkmale

  • Salzwasserbeständigkeit
  • Hohe Genauigkeit: Temperaturkompensation und Langzeitstabilität
  • Geringe Leistungsaufnahme

Spezifikationen

  • Druckmessbereich: 0..2b/0-5b/0-10b/0-50b/0-100bar absolut
  • Überlast: 3x FS
  • Berstdruck: >850 bar
  • Genauigkeit: ≤±0,05 % FS.
  • Gesamtfehler (-5ºC … 35ºC): ≤ ±0,1 % FS
  • Langzeitstabilität: ≤ ±0,1 % FS/Jahr.
  • Versorgungsspannung: 5 V ± 0,25 V
  • Ausgangssignal:  0.5 – 4.5 V
  • Leistungsaufnahme: < 11 mWatt
  • Material: Hastelloy

 

 

 

Wasserstoff-Effekt auf Piezo-Wandler (biofouling)

Wasserstoff-Effekt auf Piezo-Wandler (biofouling)

BIOFOULING

Unter Biofouling oder biologischem Bewuchs versteht man die Ansammlung von Mikroorganismen, Pflanzen, Algen oder Tieren auf benetzten Oberflächen, Geräten wie z.B. Wassereinläufen, Rohrleitungen, Rosten, Teichen und natürlich auch auf Messgeräten, wodurch der primäre Zweck dieser Gegenstände beeinträchtigt wird.

ANTIFOULING

Antifouling ist der Prozess, diese Ablagerungen zu entfernen bzw. deren Bildung zu verhindern. Es gibt verschiedene Lösungen, um Bewuchsvorgänge an Schiffsrümpfen und in See- oder Brackwassertanks zu reduzieren / zu verhindern.

Spezielle toxische Beschichtungen, die die Biofouling-Organismen abtöten; mit der neuen EU-Biozid-Richtlinie wurden viele Beschichtungen aus Gründen der Umweltsicherheit untersagt.

  • Ungiftige Anti-Haft-Beschichtungen, die das Anhaften von Mikroorganismen auf den Oberflächen verhindern. Diese Beschichtungen basieren meist auf organischen Polymeren. Sie setzen auf geringe Reibung und niedrige Oberflächenenergien.
  • Antifouling mit Ultraschall. Ultraschallwandler können bei kleinen bis mittelgroßen Booten im oder um den Rumpf herum montiert werden. Die Systeme basieren auf einer Technologie, die sich bei der Bekämpfung von Algenblüten bewährt hat.
  • Gepulste Laserbestrahlung. Die Plasma-Impuls-Technologie ist wirksam gegen Zebramuscheln und wirkt durch Betäubung oder Abtötung der Organismen mit Mikrosekunden dauernden, energiereichen Hochspannungsimpulsen auf das Wasser.
  • Antifouling durch Elektrolyse
  • Organismen können in einer Umgebung mit Kupferionen nicht überleben.
  • Kupferionen entstehen durch Elektrolyse mit einer Kupferanode.
  • In den meisten Fällen dient das Tankgehäuse oder der Schiffsrumpf als Kathode.
  • Eine in der Konfiguration eingebaute Kupferanode erzeugt eine Elektrolyse zwischen Anode und Kathode.

Die Elektrolyse kann durch Ballastwasser-Behandlungssysteme (Elektrolyse und UV-Anlagen), Korrosionsprozesse oder elektrische Potentialunterschiede zwischen verschiedenen Materialien auftreten.

AUSWIRKUNG DER ELEKTROLYSE AUF DEN PIEZO-WIDERSTANDSWANDLER

  • Ein Ergebnis der Elektrolyse sind positive Wasserstoff-Ionen
  • Aufgrund ihrer Polarisation bewegen sich die Wasserstoffionen in Richtung der Kathode (Tankgehäuse oder Schiffsrumpf), an der der Messwertaufnehmer installiert ist.
  • Bei direktem Kontakt zwischen Tank und Schallwandler dringen die Wasserstoffionen durch das dünnste Bauteil der Anode, nämlich das Diaphragma des Schallwandlers.
  • Nach dem Durchdringen der Wasserstoffionen durch die Membran nehmen die Wasserstoffionen ein Elektron auf und wandeln sich in molekularen Wasserstoff (H2) um. Der Wasserstoff reichert sich in der Füllflüssigkeit des Messwertaufnehmers an.
  • Hält dieser Effekt über einen längeren Zeitraum an, steigt die Wasserstoffkonzentration in der Füllflüssigkeit an und die Membran wird aufgebläht, wodurch der Sensor driftet und einen falschen Wert ausgibt.

FESTSTELLUNGEN

Drucktransmitter aus Edelstahl, die seit 2-3 Jahren in Ballasttanks von Schiffen eingesetzt werden, wurden analysiert und die Untersuchungen ergaben folgende Ergebnisse.

Ergebnisse

Die Bildung von Ablagerungen auf Edelstahlmembranen lässt sich in der Praxis nicht verhindern. Solange unter anaeroben Bedingungen Korrosionsprozesse an der Membran stattfinden können, muss immer mit der Bildung von Wasserstoff und dessen Eindringen in den Sensor gerechnet werden.

Aus diesem Grund sollte die Membran unter solchen Bedingungen aus einem korrosionsbeständigeren Material wie z. B. Titan gefertigt werden.

Spaltkorrosion tritt an Metallteilen bei Anwesenheit eines korrosiven Mediums in engen, nicht abgedichteten Spalten wie Überlappungen und in nicht durchgeschweißten Schweißnähten auf. Die treibende Kraft sind Konzentrationsunterschiede zwischen dem Medium im Spalt und dem Bereich außerhalb des Spalts, die durch die gehemmte Diffusion der Reaktionspartner im Spalt verursacht werden. Die mit der Konzentrationsdifferenz verbundene Potentialdifferenz führt zu elektrochemischer Korrosion im Spalt (Wasserstofftyp) oder seiner unmittelbaren Umgebung (Sauerstofftyp).

Aus diesem Grund sollte die Membrane mit dem Gehäuse verschweißt werden.

EMPFEHLUNG

Nach diesen Erkenntnissen setzt die STS Sensor Technik Sirnach AG seit über 10 Jahren erfolgreich piezoresistive, elastomerfreie Sensoren mit Gehäuse und Membran aus Titan für Anwendungen im Marine-, Brackwasser- und Meerwasserbereich ein.

Mehr Informationen zur Anwendung

Mehr Informationen zum Produkt

Miniatur-Drucksensor mit frontbündiger Edelstahl-Membrane

Miniatur-Drucksensor mit frontbündiger Edelstahl-Membrane

Um die Anforderungen der Sensorik hin zu stärkerer Miniaturi­sierung zu erfüllen, bietet STS den Miniatur-Drucksensor vom Typ ATM.EAD mit Außenmaßen von nur 19 × 50 mm und frontbündiger Membrane G1/4 an. Aufgrund der immer komplexer werdenden Aufgaben bei der Qualifizierung von Systemen ist Platz inzwischen ein entscheidendes Kriterium. Denn ein Großteil der Sensorik befindet sich heute an den Systemen. Es gilt daher: Je kleiner, desto besser. Die Druck-messbereiche des Miniatur-Drucksensors, der beispielsweise in der Lackindustrie zum Einsatz kommt, belaufen sich von 0 bis 10 bar Relaiv bis 0 bis 600 bar Überduck. Die Kennlinienabweichung beträgt 0,2 % FS, die Medientemperatur kann – 40 bis + 125 °C betragen. Als Ausgangssignal wird 4 bis 20 mA bei 10 bis 30 V Versorgung angeboten. Aktuell arbeitet STS an einer Version mit Atex-Zulassung.

Bild STS/ Hintergrundbild fotolia

Ansprechpartner

Herr Grigorios Kenanidis
Tel. 07031 2049410

Über STS Sensoren Transmitter Systeme GmbH: STS fertigt und liefert konfigurierbare Sensoren innerhalb kürzester Lieferzeit, auch in kleinen Losgrößen.
STS entwickelt kundenspezifische Lösungen in der Druckmesstechnik, die auf die Anwendungen der Kunden zugeschnitten sind.

25 Jahre STS Deutschland

25 Jahre STS Deutschland

«Erfahrung auf ganzer Linie»

STS entwickelt, produziert und vertreibt Druckmesslösungen. Seit 1987 sind wir eine wichtige Kraft in der Welt der Drucksensorentwicklung. Als Schweizer Unternehmen konzentrieren wir uns auf Qualität, Langlebigkeit und übertreffen die Erwartungen unserer Kunden.

Technologie

Piezoresistive Druckmesstechnik made in Switzerland

Unsere Wertschöpfungskette wird von Anfang bis Ende in unserem Hauptsitz in Sirnach erstellt. Dort erledigen wir alles von der Herstellung der Einzelteile über die Kalibrierung des Sensors bis hin zur Endkontrolle des Endprodukts. Dies bedeutet, dass alle STS-Produkte „Made in Switzerland“ sind und die Kunden sicher sein können, dass sie renommierte Schweizer Qualität erhalten.

Vision

STS ist ein weltweit anerkannter Partner und eigenständiger Schweizer Hersteller für kundenspezifische Lösungen in der Druckmesstechnik.

Strategie

  • Durch gezielte, globale Marktbearbeitung in strategischen Anwendungen das Unternehmen STS bekannt machen und nachhaltiges Wachstum sowie Rentabilität generieren.
  • In der Denkfabrik Sirnach alle Kompetenzen für die Entwicklung und Herstellung innovativer Druck-Messlösungen weiterentwickeln.
  • Qualifizierte Mitarbeiter im Team befähigen, eigenverantwortlich und unternehmerisch zu handeln.
  • Kundenspezifische Druck-Messlösungen innert kurzer Zeit entwickeln und herstellen.
  • Konfigurierbare Standardsensoren innert kürzester Zeit und auch in kleinen Losgrössen herstellen und liefern.
  • Mittels modularem Baukasten-Prinzip und skalierbaren Prozessen rasch und kostengünstig auf Marktbedürfnisse reagieren.
  • In Kooperation mit strategischen Partnern anwendungsspezifische Systemlösungen anbieten sowie Fähigkeiten erweitern.
  • Durch Qualitätsbewusstsein und qualifizierte Prozesse die von unseren Kunden geforderte Leistung verlässlich erbringen.

STS Unternehmenskultur

  • Aufmerksamkeit
    Wir hören unseren Kunden und Kollegen genau zu, erlauben abweichende Meinungen und verstehen die unterschiedlichen Anforderungen.
  • Vertrauen
    Wir pflegen eine offene und klare Kommunikation, integrieren ergänzende Fähigkeiten und machen aus Fehlern positive Erfahrungen.
  • Mut
    Wir begeistern uns für Herausforderungen, packen sie gemeinsam an und bringen sie entschlossen zum Abschluss.
  • Firmen Geschichte
    1987  –   Gründung von STS durch vier Ingenieure
    1988  –   Erste Produkte auf den Markt gebracht
    1995  –   Gründung der STS GmbH in Sindelfingen

Weitere Niederlassungen der STS

STS Italien
STS Frankreich
STS Grossbritannien
STS China

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