Meine Kritik an der Fusionsforschung und Bedeutung der Helium-Dichtheit beim Fusionsexperiment ITER

Meine allgemeine Kritik als ehemaliger Mitarbeiter des Max-Planck-Instituts in Greifswald habe ich im Blog "Fusionsforschung Kritik" dargestellt. Dieses sind: 

 

1.) McKinsey sagt, dass die Fuison nicht wirtschaftlich ist. 

Bereits vor einigen Jahren hat das Max-Planck-Institut bei McKinsey eine Studie in Auftrag geben hat, wie wirtschaftlich ein Fusionskraftwerk betrieben werden kann (Muss zwischen 2011 und 2015 gewesen sein).
 
Laut der McKinsey bedarf es einer staatlichen Förderung von 100 Fusionskraftwerken. Dieses bedeutet, dass selbst bei einem optimistischsten Szenario erst ab dem hundertsten Fusionskraft die Wirtschaftlichkeit der Fusionstechnologie, ohne staatliche Förderung, gegeben sein wird.

Somit lügt die Fusionsgemeinde die Öffentlichkeit bezüglich der Wirtschaftlichkeit seid mehreren Jahren an.    

 

2.) Verseuchung der Umwelt mit dem radioaktiven Gas Tritium

Es ist wenig bekannt, dass ein Fusionskraftwerk ein offenes System ist. Der Prozess kann nicht abgekapselt erfolgen. Aus diesem Grund muss das Abgas eines Fusionskraftwerkes von Tritium gereinigt werden. Das Filtersystem wäre doppelt so groß wie das Fusionskraftwerk. 

Leider habe dieses nur auf einen Flur des IPP gehört. Leider kann ich Ihnen nicht sagen, welcher Eneergieaufwand betrieben werden muss, um das Tritium aus dem Abgas zu filtern.

Anmerkn möcht ich noch, dass Tritium das gefährlichste  radioaktive Gas ist. Es kann mit Wasserstoff (H) verglichen werden. Baut sich dieser Wasserstoff über Wasser (H2O) in ihrem Körper ein, dann Prost mal Zeit.    

 

3.) Fusionskraftwerke können nicht in ihrer Leistung geregelt werden 

Eines der größten Problem ist, dass Fusionskraftwerke nur Grundlastfähig sind. Somit besteht keine Möglichkeit ein Fusionskraftwerk mit den Regenerativen zu kombinieren. Somit kann ein Fusionskraftwerk nur mit Atomkraftwerken, Kohlekraftwerken und Gaskraftwerken zusammen betriebe werden.

Außerdem ist die elektrische Leistung eines Fusionskraftwerkes der Art hoch, dass mit drei Fusionskraftwerken der gsamte elektrische Energiebedarf der BRD gedeckt werden könnte. Wie soll das gegehen, wenn Fusionskraftwerke nicht in ihrer Leistung geregelt werden können.  

 
Beim ITER oder beim DEMO abgebremste Neutronen (thermische Neutronen) mit flüssigen Helium (4,2 Kelvin, -269°C) interaktiven, so wird nach meiner Abschätzung eine Wärmemenge von mindestens von 80 mJ/s cm2 in das flüssige Helium eingebracht. Nach meiner Meinung sollte diese Wärmeeintrag, die über langsame Neutronen eingebraucht wird, der Art sein das flüssiges Helium der Art erwärmt wird, so dass flüssiges Helium verdampft wird. Geschieht dieses, so wird die DEMO-Spule quenchen.

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Unter Quench versteht man den plötzlichen Übergang eines Supraleiters vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand infolge Überschreitung der Sprungtemperatur. Hierbei entstehen auf Grund des nun endlichen Widerstandes hohe Spannungen und sehr viel Wärme, was zu Überschlägen durch die elektrische Isolation und in seltenen Fällen bis zur Zerstörung des Supraleiters führen kann. Das dabei verdampfende Kühlmittel kann durch den entstehenden Überdruck das Kryostatgefäß sprengen.
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Grund ist, dass laut der parlamentarischen Anfrage der Bündnis 90/die Grünen zum Thema  „Kernfusionstestanlage Wendelstein 7-X“ vom 29.10.2014 (Drucksache 18/3030) wird die Frage 2 der Art vom Max-Planck-Institut für Plasmaphysik beantwortet, dass eine Energiequelle von > 20 mJ/s cm2 einen Quench auslösen wird.
 
Somit sollte die Energiemenge der abgebremsten Neuronen (thermische Neutronen) mehr als ausreichend sein, so dass beim ITER oder beim DEMO diese nicht supraleitend betrieben werden können.

 

5.) ITER + DEMO: Degeneration von Kunststoffe im Kryostaten durch thermische Neutronen

Bei einer supraleitenden Inbetriebnahme des ITERs bzw. des DEMOs und der Zündung des Plasmas werden aufgrund der Verschmelzung von Atomkernen schnelle Neutronen das Plasma in Massen verlassen.
 
Diese schnellen Neutronen werden zwar durch die Blanketts im Plasma abgebremst, so dass der Stahl des Plasmagefäßes möglichst wenig degeneriert wird, aber nach dem Eintritt der abgebremsten Neutronen (Thermische Neutronen) in den Kryostaten werden die langsamen Neutronen die Hochspannungsisolierung des supraleitenden Spulensystems degenerieren.
 
Spätestens beim DEMO wird die Neutronenstrahlung im Kryostaten der Art hoch sein, dass die Hochspannungsisolierung aus Kunststoff des supraleitenden Spulensystems im Kryostaten innerhalb einiger Monate oder Jahre der Art degeneriert, dass der DEMO nicht mehr betrieben werden kann. Grund ist, dass bei einer Schnellabschaltung des DEMOs, durch den Verlust der Paschenfestigkeit (Durchschlagsfestigkeit) über Plasmaentladungen im Kryostaten die Supraleiter des DEMOs durchschmoren werden.    
 
Aufgrund meiner Kenntnis bezüglich Kunststoffen gehe davon aus, dass jeder Kunststoff bei einen hohen Neutronenfluss degeneriert. Der Widerspruch einen elektrischen Isolator zu benötigen der nicht degeneriert wird nicht technisch zu lösen sein.
 

6.) Technisches Problem, der Quench

Grundlagen: Quench
Eine der Voraussetzungen für den Betrieb eines Fusionsexperiments wie z. B. des ITERs oder des DEMOs ist, dass das supraleitende Spulensystem auf flüssige Heliumtemperatur (4,2 Kelvin, bzw. -269°C) abgekühlt wird und dass keine der supraleitenden Spulen, aufgrund eines Eintrages von Wärme, quencht.

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Unter Quench versteht man den plötzlichen Übergang eines Supraleiters vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand infolge Überschreitung der Sprungtemperatur. Hierbei entstehen auf Grund des nun endlichen Widerstandes hohe Spannungen und sehr viel Wärme, was zu Überschlägen durch die elektrische Isolation und in seltenen Fällen bis zur Zerstörung des Supraleiters führen kann. Das dabei verdampfende Kühlmittel kann durch den entstehenden Überdruck das Kryostatgefäß sprengen.
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Grund für einen Quench ist der Wärmeeintrag in das supraleitende Spulensystem über den Verlust des isolierenden Vakuums in Kryostaten, durch Wärmestrahlung, durch Wärmeleitung, durch mechanische Bewegungen oder durch fehlerhafte Supraleiter-Klemmverbindung.
 
Durch diese Wärmeeinträge wird flüssiges Helium der Art erwärmt das flüssiges Helium verdampft. Dieses bedingt, dass der Supraleiter nicht mehr gekühlt wird und dass dieser beim Überschreiten der kritischen Sprungtemperatur (Tc) der Supraleiter quencht. Aufgrund der Erwärmung kommt es zu einer lawinenartigen Verdampfung von flüssigen Helium, so dass der Supraleiter, aufgrund der fehlenden Kühlung, durchbrennt.
 
Eine Vorrichtung, die verhindern soll, dass die Supraleiter des Spulensystems nicht durchbrennen ist, die Quench-Detection. Der Quench muss zuverlässig detektieren werden. Des Weiteren muss die Spule schlagartig spannungsfrei geschaltet werden und der Strom des magnetischen Feldes abgefahren werden. Aus technischer Sicht kann beim Wendelstein 7-X gesagt werden, dass beim Betrieb des Wendelsteines mit maximaler magnetischer Leistung, bei einem Quench, dieser nicht zuverlässig genug erkannt werden wird und eine hohe Gefahr besteht, dass die Supraleiter der Spulen durchbrennen.       
 
Neben der Gefahr des Durchbrennens der Supraleitung wird der Druck im supraleitenden Spulensystem der Art ansteigen, dass das supraleitende Spulensystem unter Umstanden zerberstet.
 
Dieses war auch der Grund warum der supraleitende Teilchenbeschleuniger CERN durch eine fehlerhafte Klemmverbindung, wodurch der Supraleiter im Bereich der Supraleitende-Klemmverbindung sich so stark erwärmt, dass flüssiges Helium verdampft wurde und durch die explosionsartigen Ausdehnung ein tonnen-schweres Segment des Teilchenbeschleunigers CERN aus ihrer Verankerung gerissen wurde.

 

7.) Keine Testung der ITER-Spulen auf Leckagen

Im Gegensatz zu den Spulendes Fusionsexperimentes bestand beim Fusionsexperiment ITER keine Möglichkeit die supraleitenden Spulen des Fusionsexperimentes in einem Kryostaten auf 4,2 Kelvin (-269°C) abzukühlen.

Zum Beispiel zeigten die Abnahmetests der supraleitenden Spulen des Fusionsexperimentes Wendelstein 7-X, dass einige W7-X Spulen beim Abnahmetest ihre Heliumdichtheit einbüßten. Zum Beispiel büßte die supraleitende Spule AAB 16 ihre Heliumdichtheit bei der Abkühlung auf flüssige Heliumtemperatur ein.
 
Genauso wie beim Wendelstein 7-X muss auch beim ITER oder DEMO gewährleistet sein, dass das supraleitende Spulensystem absolut heliumdicht ist, ansonsten besteht keine Möglichkeit das supraleitende Spulensystem des ITERs oder DEMOs auf mindestens flüssige Heliumtemperatur abzukühlen.
 
Sollte aufgrund einer Helium-Leckage das isolierende Vakuum im ITER- oder DEMO-Kryostaten gebrochen werden, besteht keine Möglichkeit die Leckage im supraleiten Spulensystem zu orten. Grund hierfür ist, dass die Supraleiter der Spulen von einer Hochspannungsisolierung aus Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) umschlossen sind.
 
Bis Dato wird beim ITER, wie damals beim Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, diese Problematik bewusst marginalisiert. Zum Beispiel war dem damaligen Verantwortlichen  des Projektes Wendelstein 7-X bewusst, dass das russische supraleitende Fusionsprojekt (TIF15) sowie das indische supraleitende Fusionsprojekt (SST-1) aufgrund des Verlustes der Heliumdichtheit im Kryostaten nicht in Betrieb gehen konnte.

 
Im Vorfeld des Aufbaus des Wendelstein 7-X in Garching erfolgte im Rahmen des Projektes Wendelstein 7-X von September 1999 bis Oktober 2000 die Inbetriebnahme eines W7-X DEMO-Segments am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Garching.
 
Bei der Inbetriebnahme des DEMO-Kryostatens zeigte sich, dass bei der Abkühlung des Experimentes, aufgrund der Abkühlung auf 4,2 Kelvin (-269°C), die DEMO-Spulen ihre Heliumdichtheit einbüßten, und dass durch ausströmendes Helium in den evakuierten Kryostaten das isolierende Vakuum gebrochen wurde.
 
Aufgrund des Wärmeeintrages durch Konvektion erwärmte sich das Spulensystem so stark, dass die DEMO-Spulen nicht auf flüssige Heliumtemperatur abgekühlt werden konnte. Die damalige Analyse zeigte, dass aufgrund der Abkühlung mehrere Aluminiumschweißnähte aufrissen waren, so dass diese ihre Heliumdichtheit gänzlich einbüßten. Zudem konnte gezeigte werden, dass mit den etablierten Prüfverfahren die Leckagen im Spulensystem nicht geortet werden könnten.
 
Aus diesem Grund wurde bei der damaligen Abnahme des DEMO-Kryostatens beschlossen, die betroffenen DEMO-Spulen vom Spulensystem zu trennen. Aufgrund dieser Tatsache, dass DEMO-Spulen mit Leckagen vom Spulensystem getrennt wurden, bestand die Möglichkeit den DEMO-Kryostaten auf 4,2 Kelvin abzukühlen.
 
Dokumentiert wurde dieses im einen internen Bericht des Institutes, den Bericht „1-FCA -T0009-0 Test DEMO-Kryostat (Mai 2002).
 

Warum ist es so wichtig, dass das supraleitende Spulensystem des ITERs heliumdicht ist

Um auszuschließen, dass das supraleitende Spulensystem des Fusionsexperimentes ITER durch einen Quench zerstört wird, muss sichergestellt werden, dass die absolute Helium-Dichtheit des supraleitenden Spulensystems gewährleistet ist. Des Weiteren, dass das supraleitende Spulensystem während des Betriebes seine Helium-Dichtheit nicht einbüßt. Dieses bedeutet, dass sämtliche mit flüssigen Helium durchflossenen Komponenten des magnetischen Käfig auf deren absolute Helium-Dichtheit mit einer Empfindlichkeit von 1x10mbar·l/sec (1 cm³ in 30 Jahren) geprüft werden müssen. Sollte über ein Leck Helium in den evakuierten Kryostaten strömen, so kann dieses bedeuten, dass das isolierende Vakuum gebrochen wird.

 

Sollte der Fall eintreten, dass ein Bauteil des Kryostatens mit absolut gasdicht ist, so bedeutet dieses, dass der ITER nicht betriebsfähig ist. Aufgrund der Komplexität des Fusionsexperimentes besteht zudem keine Möglichkeit einer Ortung der Leckage. Dieses bedeutet, dass der ITER nur Normalleitend betrieben werden kann.   

ITER Darstellung

Links: ITER: Vacuum Auxiliary Systems