Wendel­stein 7-X: Elek­tro­nen­strahl läuft rund!

Das Foto kombiniert die Leuchtspur eines Elektronenstrahls auf seinem vielfachen Umlauf längs einer Feldlinie durch das Plasmagefäß mit den Bildpunkten, die er auf einem fluoreszierenden Stab hinterlässt, der durch die Bildebene geschwenkt wird. Der schnell bewegte Stab ist wegen der langen Belichtungszeit nicht zu sehen. (Bild: M. Otte, IPP)

Das Foto kombiniert die Leuchtspur eines Elektronenstrahls auf seinem vielfachen Umlauf längs einer Feldlinie durch das Plasmagefäß mit den Bildpunkten, die er auf einem fluores­zierenden Stab hinter­lässt, der durch die Bildebene geschwenkt wird. Der schnell bewegte Stab ist wegen der langen Belichtungszeit nicht zu sehen. (Bild: M. Otte, IPP)

Obwohl Wendelstein 7-X noch nicht in Betrieb ist, liefert das Experiment bereits die ersten wissen­schaft­lichen Resultate: Das Magnet­feld entspricht genau dem, was nötig ist, um heiße Fusions­plasmen einzuschließen. Dies zeigen die ersten Messungen der Feldstruktur. „Wir haben schöne ge­schlossene Flussflächen“, freut sich der zuständige IPP-Bereichs­leiter Thomas Sunn Pedersen.

Wie baut man einen Magnetfeldkäfig für das Plasma? Die Fusions­forscher nutzen aus, dass die geladenen Plasmateilchen von elektro­magnetischen Kräften auf engen Spiral­bahnen um magne­tische Feld­linien gehalten werden. Von einem geeignet geformten Feld wie auf Schienen geführt, können die schnellen Teilchen daher von den Wänden des Plasma­gefäßes fern­gehalten werden. Für einen dichten Käfig müssen die Feldlinien im Zentrum des ringförmigen Plasma­gefäßes geschlossene, ineinander geschachtelte Ring­flächen aufspannen – wie die ineinander liegenden Jahre­sring­flächen eines Baumstamms. So werden nach außen weisende Feldlinien vermieden, die die Plasmateilchen auf die Wände führen würden. Die nötigen hohen Plasma­temperaturen wären sonst unerreichbar.

Der Fluoreszenzstab macht geschlossene, ineinander liegende magnetische Flächen sichtbar – der Magnetfeldkäfig für das Plasma ist so wie er sein soll. (Bild: M. Otte, IPP)

Der Fluoreszenzstab macht geschlossene, ineinander liegende magne­tische Flächen sicht­bar – der Magnet­feld­käfig für das Plasma ist so wie er sein soll. (Bild: M. Otte, IPP)

„Nachdem die Flussflächen-Diagnostik in Betrieb genommen wurde, konnten wir sofort erste magne­tische Flächen sehen“, berichtet Matthias Otte, der für das Mess­ver­fahren verant­wort­lich ist. „Unsere Auf­nahmen zeigen deutlich, wie die Magnet­feld­linien in vielen toroi­dalen Umläufen geschlos­sene Flächen auf­bauen.“ Mit der Fluss­flächen-Dia­gnos­tik lässt sich die Struktur des Felds genau vermessen. Dazu wird ein dünner Elek­tronen­strahl einge­schossen, der sich entlang einer Feld­linie in Ringbahnen durch das leerge­pumpte Plasma­gefäß bewegt. Er hinter­lässt dabei eine Leuchtspur, die durch Stöße der Elektronen mit Restgas im Gefäß entsteht. Schwenkt man nun noch einen fluores­zierenden Stab durch den Gefäß­quer­schnitt, entstehen zusätzlich Leucht­flecke, wenn der Elektro­nenstrahl den Stab trifft. In der Kamera­­auf­zeichnung wird so nach und nach der gesamte Quer­schnitt des magnetischen Feldes sichtbar.

Während einer rund sechzig Sekunden dauernden Einzelmessung läuft der Elektronen­strahl auf seiner Feldlinie viele Male im ringförmigen Plasmagefäß um und legt dabei einige Kilo­meter zurück. Die verschraubte Feldlinie führt ihn nach jedem Umlauf leicht versetzt durch die Schnitt­ebene, durch die der Stab schwenkt. Aus den Leucht­punkten auf dem Stab setzt sich nach und nach das Bild des Feld­quer­schnitts zusammen. Und tatsächlich: In gepunkteten Linien zeigten sich die gewünschten ineinander geschach­telten Fluss­flächen. „Nach der aufwändigen Montage­zeit sind wir jetzt sehr glück­lich über die guten Mess­ergeb­nisse“, sagt Pedersen, „die Fluss­flächen sehen so aus, wie wir sie haben wollten“. (Quelle: IPP / vip-journal.de)

Link: Wendelstein 7-X, Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, Greifswald

Weitere Beiträge: W7X: Magnettests erfolgreich abgeschlossen, energyviews.de, 16. Juli 2015Stapellauf für Wendelstein-7-X, energyviews.de, 23. Mai 2014

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